维普资讯 http://www.cqvip.com Ｖ０１．３Ｏ Ａｄｄ 湖 北 电 力 ２箜 堂 型 ００６年１２月 Ｄｅｃ．２ｏ０６ 变电站铜接地网与钢接地网的技术经济比较 杨［摘曼 ４３００２４） （湖北电力勘测设计院，湖北武汉要】 从导电性能、热稳定性、耐腐蚀能力和施工等方面阐述铜材接地网要明显优－Ｉ－－￣１材接 地网。并以２２０ ｋＶ变电站接地网设计为实例，对铜接地网与钢接地网的经济性进行比较分析。 ［关键词】 变电站；铜接地；钢接地；技术经济比较 ［中图分类号］ＴＭ６４５ ［文献标识码］Ａ ［文章编号］１００６－３９８６（２００６）增－００２３－０３ 随着我国电网的发展，系统短路容量越来越大， 这样按规程规定计算出的变电站需要满足的接地电 阻值也越来越小。但是现在变电站特别是ＧＩＳ变电 站占地面积越来越小，使变电站的接地电阻值越来 越大，根本满足不了规程规定的接地电阻值，这样给 变电站的安全运行带来了极大隐患。２Ｏ世纪８Ｏ年 代末，全国各地相继出现了一些在系统发生接地故 障时，因接地网原因，造成变电站高压串人控制室， 烧毁控制室和保护盘柜的重大停电事故。根据国家 电网公司统计资料，运行１Ｏ年以上的变电所钢接地 （Ｑ・ｍｍ）和１３８ ｘ １０ （Ｑ・ｍｍ），因此铜的导电率 是钢的８倍。即，铜接地体导电性能较钢接地体好。 有关测试表明，如果铜、钢接地网布置设计相同时， 铜接地网的主要安全指标接触电势和跨步电势较钢 接地网可分别减小约２０％和１８％，地电位差远低于 钢接地网，仅为钢接地网的２２％。 １．１．２热稳定性 铜的熔点为１ ０８３℃，短路时最高允许温度为 ４５０℃；而钢的熔点为１ ５１０℃，短路时最高允许温度 为４００￣Ｃ。因此，接地体截面相同时，铜材热稳定性 较好。同等热稳定性能时，钢接地体所需的截面积 为铜材的３倍。 １．１．３ 耐腐性 网均有不同程度的腐蚀，２Ｏ年以上的更为严重。根 据接地网事故的统计分析，地网腐蚀，接地体在故障 时烧断是引发接地网事故的重要因素之一。 为防止该类事故的发生，各地除加大接地体及 接地体的腐蚀主要有化学腐蚀和电化学腐蚀两 种形式，在多数情况下，这两种腐蚀同时存在。铜在 土壤中的腐蚀速度大约是钢材的１／１０—１／５０，是镀 锌钢的１／３倍以上，而且电气性能稳定。 钢材是逐层被腐蚀的，镀锌层有一定的抗腐蚀 性，钢材经过热镀锌后的抗腐蚀能力可提高１倍，但 接地引下线的截面外，国家电网公司还制定了１８项 电网重大反事故措施，措施中规定：对于钢质材料的 接地网定期（时问间隔应不大于５年）通过开挖抽 查等手段确定接地网的腐蚀情况。如发现接地网腐 蚀较为严重，应及时进行处理。铜质材料接地体地 网不必定期开挖检查。对于２２０ ｋＶ及以上重要变 电站，当站址土壤和地下水条件会引起钢质材料严 降低了导电性能，由于集肤效应对高频故障电流尤 为明显。同时无法避免接头部位经过高温电弧焊接 重腐蚀时，宜采用铜质材料的接地网。 当然，铜接地网的初期投资比钢质接地网高，但 在设计寿命周期内，铜质接地网的年费用大大低于 钢质接地网。 加工后会出现点腐蚀情况，一般最多只能保证１Ｏ 年。而铜腐蚀不存在点蚀情况，寿命较长。钢接地 网的定期开挖检查测试工作量大，尤其是ＧＩＳ变电 站，接地网的开挖检查定期测试几乎无法进行。 可见，铜接地体的耐腐性显著优于钢接地体。 １．１．４铜接地体施工方便 １ 技术比较 １．１性能比较 １．１．１ 导电性能 设计推荐水平主网采用铜绞线，由于铜绞线柔 性好，允许的弯度半径小，所以拐弯方便，穿管容易。 并能够成卷供货。搭接处采用放热焊接，简化施工 工艺，保证了铜接地网的连接质量。 铜和钢在２０￣Ｃ时的电阻率分别是１７．２４ ｘ１０ ［收稿日期］２００６—１１・１２ ［作者简介］杨曼（１９７２一），女，武汉市人，工程师。 设计推荐垂直地网采用铜镀钢接地棒，由于接 地棒截面大大小于角钢，在作垂直接地施工方面工 ．２３・ 维普资讯 http://www.cqvip.com 箜 鲞 型 湖 北 电 力 ＶｏＤ１．３０ Ａｄｄ ２００６年１２月 作量减小，并能垂直深入土壤，使通过加大垂直接地 深度来降低接地电阻。 １．２截面选择 １．２．１钢接地体截面选择 一般变电站中的主接地网采用６０ Ｘ ８（截面４８０ ｍｍ ）的镀锌扁钢，接地引下线采用８０ ｘ ８（截面６４０ ｍｍ ）的镀锌扁钢。 １．２．２铜接地体截面选择 一般变电站中的主接地网采用１５０ ｍｍ （裸铜 绞线），接地引下线采用２００ ｍｍ （铜排）。铜接地 体的截面显著小于钢接地体。 １．３接地体连接方式 变电站的接地网金属导体存在着大量的连接， 只有可靠的、牢固的连接才能保证接地网的运行可 靠性。 １．３．１ 钢接地体的连接方式 目前，钢接地体之间的连接均为传统的电弧焊 接方式。高温电弧会破坏接地体接头部位的镀锌层， 有可能导致点腐蚀的出现，严重影响接地体的寿命。 此外，电弧焊接连接不是真正的分子性连接，焊接点 对于接地体的导电性能也有影响。 对于钢接地体能否采用放热焊接接法，设计也 作过研究与尝试，由于钢接地体设计截面过大，未能 被采用，主要有以下原因： （１）大型、非标模具制造困难，造价高； （２）焊粉用量大； （３）由于钢接地体本身防腐性能差，焊接质量 的提高意义不大； （４）焊接点较多，费用太高。 １．３．２铜接地体的连接方式 目前铜接地体主要有以下４种连接方式： （１）铜银焊连接法 扁铜条与扁铜条之间、扁铜条与裸铜绞线之问、 裸铜绞线与裸铜绞线之间的连接都可以使用铜银焊 连接法，但焊接都只是表面搭接，内部并没有熔合， 接头不致密，性能只比压接和螺栓连接略好。 （２）压接线夹连接法 裸铜绞线与裸铜绞线之间的连接大多使用压接 线夹连接法。但这种方法比较适用于两条裸铜绞线 一对一连接，无法做好十字交叉连接。 （３）螺栓连接法 扁铜条与扁铜条之间、扁铜条与裸铜绞线之间、 裸铜绞线与裸铜绞线之间的连接还可用螺栓连接。 该方法与压接线夹连接法互为补充。 ・２４・ ｅｃ．２ｏｏ６ （４）放热焊接连接法 放热焊接也称为火泥熔接，放热焊接利用活性 较强的铝把氧化铜还原，整个过程需时很短（仅数 秒），反应所放出的热量足以使被焊接的导线端部 融化形成永久性的分子合成。 放热焊接接头的特性： （１）外形美观一致； （２）连接点为分子结合，没有接触面，更没有机 械压力，因此，不会松弛和腐蚀； （３）具有较大的散热面积。通电流能力与导体 相同； （４）熔点与导体相同，能承受故障大电流冲击， 不至熔断。 放热熔接连接法可以完成各种导线间不同方式 的连接，如直通型、丁字型、十字型等；还可以完成不 同材质导线的连接，如普通钢铁、铜、镀锌钢、铜镀钢 等之间的连接；甚至可以实现导体间不同形状的连 接，如铜导线与铜镀钢接地棒的连接、铜导线与铜板 的连接、铜导线与接地镀锌钢管的连接、导线与钢筋 的连接以及导线与槽钢的连接。这种方法接头有着 广泛的连接方式，而且耐腐蚀性好，接触电阻低，已 逐步得到推广应用。 从上面所述可知，放热焊接是铜接地体的理想 连接方式，虽然价格高，但其方便快捷的操作、优秀 的焊接质量是其他连接方式不可实现的。正是因为 具备这样可靠、牢固的连接方式，铜接地体的性能比 钢接地体更胜一筹。 １．４接地点布置 采用镀锌扁钢设计的接地网，考虑到扁钢会锈 蚀，为保障可靠的接地，按《十八项反措要求》：变压 器中性点应采用双接地引下线、重要设备及设备构 架宜采用双接地引下线，且应接入主接地网的不同 网格。 采用铜接地网后，由于可以忽略接地引下线的 腐蚀，增强了引下线的热稳定性，因此对于除变压器 中性点以外的接地引下线建议选用单接地引下线。 不仅能够满足接地可靠性要求，还能够降低投资。 ２ 经济比较 以２２０ ｋＶ变电站接地网设计为实例，对铜接地 网与钢接地网的经济性进行比较分析。 ２．１ ２２０ ｋＶ某变电站建设规模 主变压器：本期建设１ ｘ １８０ ＭＶＡ主变。远景２ ｘ １８０ ＭＶＡ主变； 维普资讯 http://www.cqvip.com Ｖｏ１．３０ Ａｄｄ 湖 北 电 力 ２箜 鲞 型 ００６年ｌ２月 Ｄｅｃ．２００６ ２２０ ｋＶ出线：本期２回，远景６回； １１０ ｋＶ出线：本期４回，远景１０回； ３５ ｋＶ出线：本期３回，远景８回。 无功配置：本期２×１０ Ｍｖａｒ并联电容器组，远 景４×１０ ＭＶ￣ｌｌ＂。 ２．２配电装置形式 ２２０ ｋＶ及１１０ ｋＶ配电装置均采用屋外支柱管 母中型布置型式。３５ ｋＶ配电装置采用屋内高压开 关柜单列布置。变电站占地面积２０ １５８ １Ｔｌ 。 ２．３接地材料统计 接地材料统计见表１—２。 表１ 采用钢接地设计的材料表 序号 名称 型号及规范单位数量 备注 序号 名称 型号及规范单位数量 备注 ２．４指标及评价 采用“年费用法”对两种接地方案进行经济评 价。经济评价结果见表３。 表３ ２２０ ｋＶ变电站铜接地与钢接地经济评价 说明：导通试验每年一次，数年平均计算；接地网测试６年一次 每年摊销。建设期贷款利息６．１２％。 计及放热焊接点费用： １０４．６１×０．０８１７＋（１０４．６１／５０×６．１２％）× １２．２３３ ５＝１０．１１万元 不计及放热焊接点费用： ８９．４１×０．０８１７＋（８９．４１／５０×６．１２％）× １２．２３３ ５＝８．６４万元 钢接地方案的年费用： ５８．０２×０．１０１８＋４＋（５８．０２／２０×６．１２％）× ９．８２＝ｌ１．６５万元 可见，无论是否计及放热焊接点费用，铜接地方 案的年费用均较钢接地方案低。不计及放热焊接点 费用时，铜接地方案优越性更加显著。 ３ 结论 ３．１ 采用铜接地网技术更加合理 （１）铜接地网相对钢接地网具有：导电性能优、 热稳定性能好、耐腐蚀能力强、施工方便、寿命长、投 运后检验维护工作量少、无污染等优点。 （２）采用铜接地网，接地体的截面大为减小。 虽然接地电阻值略有增加，约为１％一２％，但对接 地网整体性能的影响可忽略不计。 （３）铜接地网采用放热焊接，无腐蚀、操作简 单、连接牢固。 （４）铜接地网多数设备可采用单点接地。 ３．２采用铜接地网更加经济 （１）２２０ ｋＶ变电站中，铜接地方案总静态投资 １０４．６１万元，其中不计及放热焊接点费用的静态投 资８９．４１万元，放热焊接点费用１５．２万元；计及放 热焊接点费用的年费用１０．１１万元，不计及放热焊 接点费用的年费用８．６４万元。钢接地方案总静态 投资５８．０２万元，年费用１１．６５万元。年费用铜接 地方案优于钢接地方案。 （２）铜接地网的初期投资较钢接地网高，但是 在设计寿命周期内，铜接地网的年费用显著低于钢 接地网的年费用。并且随着接地网设计寿命的增 加，变电站铜接地网的年费用值逐步降低，相对钢接 地网的优势更加明显。 （３）设计推荐水平铜网采用铜绞线，铜绞线制 造工艺简单，采购渠道广泛，有利于工程实施中择优 选用高质低价的产品，降低工程造价。 综上所述，铜接地方案的在技术上和经济上均 优于钢接地方案。 ・２５・