电厂、变电站接地网阴极保护

东南沿海地区土地紧张，许多变电所都建在滩涂上，变电所接地装置、金属构筑物直接埋在滩涂中，存在着严重的金属电化学与化学腐蚀。如果防护措施不力，会造成接地电阻增大，直接影响电力系统的安全运行。金属腐蚀是在环境作用下，发生的破坏和变质。一般认为：金属腐蚀是金属受物理、化学（氧化、酸碱盐等）、电化学（腐蚀电池多种形式联合作用的结果）。

原因分析

1.1 金属腐蚀的原因

变电所接地体的水腐蚀，指自然界中存在的水（如海水、江河水、雨水、地下水等）对金属构件的腐蚀作用。这些水大部分为近中性介质，其腐蚀过程的去极化剂为溶解氧。在某些受污染的或含有H2S水介质中，还会发生H 还原的过程。在水介质中，除了发生一般的电化学腐蚀外，某些条件下（如厌氧环境）也会发生微生物腐蚀。作为腐蚀环境，土壤和水、大气两个环境不同，土壤是由固相、气相和液相三相构成的、不均一多相体系，其影响因素很多，相互关系复杂，至今还没有一种评价土壤腐蚀性的完善方法。变电所接地装置在土壤环境中的腐蚀，属电化学范畴。由于金属晶粒的不均匀性、晶间缺陷等造成其化学不均匀性；同时，土壤本身物理化学性质也是不均匀的。因此，在金属与土壤相界面上会出现多个腐蚀原电池，产生局部阳极为铁的溶解反应。在天然土壤中，金属腐蚀是不可避免的。但釆取适当的保护措施，可以对其进行有效的控制，使埋地金属延缓腐蚀，延长其使用寿命。目前对接地装置的防护，主要采用钢材镀锌、钢质结合阴极保护、镀铜（或铜质）保护。在工程实际中，镀锌、镀铜层不可避免会在施工制作、搬运、焊接、回填过程遭受各类破坏，镀锌、镀铜层会很快被腐蚀掉，失去保护效果，同时加速接地装置的腐蚀。

1.2 金属阴极保护防腐的技术与方法

传统的金属防腐方法是使用涂料、敷层、电镀等，将金属与腐蚀介质隔离。不足的是腐蚀难以完全避免，且工作量大，保持时间相对短并受物体体积、形状限制；另一种方法就是选用耐腐蚀金属，如不锈钢、铜、钛等，不足之处是价格昂贵。用其他材料如塑料、玻璃钢等，又不能完全适用于各种环境件。腐蚀环境无处不在，腐蚀的形式也多种多样，因此一般的防腐措施往往不能有效地控制金属腐蚀，尤其是电化学腐蚀。金属阴极保护是利用腐蚀电池的原理，将需要被保护的金属结构作为阴极，通过阳极向阴极不问断地提供电子，首先使结构极化，进而在结构表面富集电子，使其不易产生离子，因而大大地减缓结构的腐蚀速度。

牺牲阳极法，就是根据''腐蚀电池"的原理，将需要被保护的金属结构作为阴极，通过电气连接，与一电子电位更负的金属或合金（作为阳极）连接，使满足腐蚀电池形成的条件，让电子电位低的阳极材料向电子电位高的阴极材料不间断地提供电子，阳极因较活泼而优先溶解，向被保护金属通人一定量的负极直流电，使其相对于阳极接地装置变成一个大阴极而免遭腐蚀，阳极则遭到强烈腐蚀；而阴极材料的结构首先极化,在结构表面富集电子，不再产生离子，进而大大地减缓结构的腐蚀进程，达到了保护阴极材料的目的。

变电所阴极保护的应用

2.1 110kV 变电所阴极保护概况

浙江台州110kV海保变电所距海边约500m,设计使用寿命30 年，占地面积3048.5m2。变电所接地系统由水平接地体和垂直接地体两部分组成，水平接地网釆用60mmx8mm的镀锌扁钢，按一定间距交叉排列，水平接地干支线1300m. 垂直接地极釆用L50×5的热镀锌角钢，与水平接地网相连，垂直接地极78根均匀排列在地下。根据土壤电阻率 (10Ω・m)选择镁合金阳极，根据水平接地网和垂直接地极的数量和规格及设计寿命，经计算需埋设镁合金阳极41 套，阳极埋深应在地面Im以下，与水平地网的垂直距保持500mm。接地线釆用热镀锌防腐措施，在接地线拐弯处加涂环氧沥青及导静电涂料进行防腐，电缆沟内的接地体涂环氧沥青或导静电涂料 2遍，焊接处涂刷3遍，形成保护层，抑制钢材的腐蚀。

2.2 阴极保护实施中应注意的问题

精心作好牺牲阳极的设计。对牺牲阳极使用的材质应根据国家《埋地钢质牺牲阳极阴极保护设计规定》选取，对所用阳极数量、阳极几何尺寸、重量、阳极分布与埋设及阳极寿命进行精心计算。一般土壤电阻率大于5Ω・ m釆用镁合金阳极，土壤电阻率小于5Ω・m釆用锌合金阳极，根据土壤电阻率选择具体合金成分。上述工作应由专业公司或专业人员完成。

严格阴极保护的施工工艺。施工单位应制定符合技术标准和设计要求的施工方案和施工程序，严格按照《接地装置安装及验收规范》施工，工艺符合相关规定。焊接不能点焊虚焊，牺牲阳极引出端子与地网连接应可靠牢固。填包料使用比例符合规定，混合均匀。对焊接部位除锈刷防腐涂料待干后方可回填。回填的土壤不能有石子、砖块、石灰、杂草和建筑垃圾，且每回填20cm夯实一次，直到地面。

阴极保护工程施工标准要明确。阳极坑按地网水平走向开挖，每个坑深0.8m、宽0.6m, 长1.3m。阳极坑开挖后，每个阳极袋应浇水两桶，使阳极极化。独立避雷针放置阳极袋一块，每个测试桩放置阳极块和参比电极各一个，每个测试桩测试距离不能大于50m。

安装完毕后，测试直流电位应达到一0.85V以下，但不能超过-1.5V ；同时可检测阳极输出电流，验证阳极的使用寿命是否满足设计要求。

实际电容量和阳极输出电流，经计算阳极寿命32.9a,满足设计要求。

结语

110kV海保变电所于2005年3月投人运行， 2006年10月第一批腐蚀试片开挖，被保护试片表面未发现铁锈，经测量计算腐蚀率0.0118g/(rn2.h) ；未被保护试片表面已有铁锈产生，经测量计算腐蚀率为0.05883g/（rn2. h）,可见阴极保护措施取得很好的防腐效果。根据110kV海保变电所的地质条件,如果接地装置不作阴极处理，腐蚀速度约为0.08mm/a, 经阴极保护处理后，腐蚀速度可控制在小于0.02mm/a,防腐效果非常明显。经用四极法测试，接地网的接地电阻不大于0.5,完全符合规程要求。