500KV换流站镀铜接地网与钢、铜接地网的综合经济比较分析

溪洛渡右岸送电广东500KV同塔双回直流输电工程

镀铜接地网与

钢接地网、纯铜接地网的技术经济比较

2011年04月

目录

1.概述 (3)

2.技术比较 (3)

3.经济比较 (8)

3.1钢接地体截面选择 (8)

3.2材料统计 (10)

3.3安装工程预算表 (11)

表4 (12)

表5 (13)

表6 (15)

3.4指标及评价 (17)

3.5结论 (18)

1.概述

溪洛渡右岸送电广东500KV同塔双回直流输电工程是设计院重点项目之一，其安全性和可靠性始终放在设计的第一位，其中，接地网由于其隐蔽性和特殊性，材料的选择一直是设计人员考虑的重点。镀铜钢接地材料是一种新型工艺，在全球已经得到了广泛的应用，镀铜钢接地材料在抗腐蚀性和施工工艺等方面的优势，完全能够替代纯铜接地网和钢地网，使用寿命能达到50年以上，且后期无需维护和改造。镀铜材料采用连续电镀铜枝术，垂直接地极采用在直径17.2合金钢表面电镀0.254厚铜层有效保证50年寿命，水平网采用镀铜圆钢成圈供应有效减少焊点次数并提高可靠性，焊接采用世界先进的电子放热焊接，瞬间放热温度为2700多度不需要提供外接电源有效保证焊点的全熔合。地材料的革新，是电站接地网的寿命和可靠性的有力保证，是接地安全系统的一次飞跃。在整体经济比较方面，全站地网增加投资不是很大，从长远考虑，平均费用远远低于传统接地材料，值得长期全面的推广。

随着电力系统的发展，对变电所接地设计的要求也越来越高。长期、可靠、稳定、经济的接地系统，是维持设备稳定运行、保证设备和人员安全的根本保障，符合国家所提出的可持续发展、变电站全寿命管理的宗旨。接地系统长期安全可靠运行的关键在于品质好的接地材料和可靠的连接。

本报告首先从从技术角度比较分析了镀铜接地网、铜接地网和钢接地网的特点；其次，对镀铜接地网、铜接地网与钢接地网的经济性进行比较分析。

2.技术比较

耐腐蚀性：接地体的腐蚀主要有化学腐蚀和电化学腐蚀两种形式，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，而且电气性能和物理性能稳定。

铜的表面会产生附着性极强的氧化物（铜绿），对内部的铜有很好的保护作用，阻断腐蚀的形成。钢材在地下发生的是点腐蚀，其腐蚀状况如下所示：

图1 某滨海城市接地镀锌扁钢在3年之内发生的点蚀情况（钢材表面布满腐蚀坑，边缘腐蚀成刀口状）

图2 某内陆城市电缆沟接地扁钢发生的大气环境中的点蚀

图3 某内陆城市变电站接地网（不连接设备埋设180天的点腐蚀情况，镀锌钢表面布满大量直径超过3mm，深度超过1mm的点腐蚀坑）

图4 某滨海城市变电站接地网（不连接设备埋设380天的点蚀情况，镀锌钢表面布满直径超过3mm，深度超过2mm 的大腐蚀坑）

所以在增加钢接地体截面来防止因腐蚀而导致的截面减少，无法承载接地短路电流时，应采用钢材的点腐蚀速率，通过美国联邦标准局（NBS）在1910年至1950年做的金属材料腐蚀性研究报告NO.579可知，国际标准认定的钢材平均点腐蚀速率0.43mm/年（如图所示），在钢材表面镀锌保护钢材的作用有限，国内热镀锌工艺处理的镀锌层厚度为0.05~0.06mm，锌在地下也发生点蚀，其平均点蚀速率约为0.065mm/年，因此锌层一年后腐蚀殆尽。另外从该报告中可知，铜材没有点蚀的存在。

镀铜钢接地棒 1）钢芯

镀铜接地棒钢棒材料按GB/T 905-1994《冷拉圆钢六角钢尺寸、外形、重量及允许偏差》，采用抗拉强度不低于600N/mm2 的钢材制造。

2）铜层厚度

依据国外UL467标准要求：镀铜钢接地棒棒身任意一点的铜层厚度不能少于0.25mm 。铜层厚度可用符合ASTM e376标准的校准涡流（电磁）设备来测量。

3）依据UL467附着力测试要求：将镀铜钢接地棒的一端斜切45度，夹在两块钢夹板之间或虎钳子之间，其间隙设置少于接地棒直径1mm ，以保证切削下足够的铜层，将棒和铜层联结的部分暴露出来。通过钢板或钳子剥下铜层是允许的，但是不允许有明显的外套和钢芯分离迹象是。

4）依据UL467延展性测试要求：在室温（25º±5ºC ）下，接地极的一段应该被加紧在夹具或钳口上，用一个垂直于镀铜钢接地棒的力在距离夹具40倍镀铜钢棒直径处，弯曲接地

棒，使接地棒永久性弯曲成180度。镀铜层无剥落或翘皮开裂，表面无任何裂痕。

●镀铜圆钢

1)钢芯由冷轧低碳钢组成，采用电镀工艺，以保证铜和钢之间是分子联结而不是物理连接；镀铜层厚应＞0.25mm以上，镀铜层要求：采用电镀的方法在钢芯外表先镀上金属镍，再在镍的表面镀上铜以保证铜和钢之间的粘合性，确保安装使用过程中，铜层不起翘不开裂不剥落；

2)镀铜圆钢符合IEC62305和EN62561-2等相关雷电保护标准。

3)抗拉强度超过550N/mm²

4)镀铜圆钢通过UL标准要求，具有UL证书，该证书可通过网站进行验证。

5)延展性测试：在室温（25o±5oC）下，接地棒的一端应该被加紧在夹具或钳口上，用一个垂直于镀铜圆钢的力在距离夹具40倍于镀铜圆钢弯曲处，使其永久性弯曲成180度，镀铜层应无剥落或翘皮开裂，表面无任何裂痕。

6)铜附着力测试：将镀铜钢接地棒的一端斜切45度，夹在两块钢夹板之间或虎钳子之间，钢夹板之间或虎钳子之间的间隙设置少于镀铜圆钢直径1mm，以保证切削下足够的铜层，将钢芯和铜层联结的部分暴露出来。在钢芯和铜层之间不允许有明显的分离迹象。

●接地体连接方式

只有可靠的、牢固的链接才能保证接地网的运行可靠性。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。铜接地体的连接方式一般为放热焊接连接法，利用活性较强的铝把氧化铜还原，整个过程时间很短，反映所产生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。

目前铜接地体主要有以下两种种连接方式：

（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，常用的铜银焊接有乙炔焊、电弧焊等，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，焊接接头的性能还要取决于操作技术工的熟练程度，特别是铜焊，即使是持有特殊工种上岗证，也比较容易出现一些焊接缺陷，无法从表面观察合格与否。使用铜焊时，尤其是大截面导体的铜焊，对于现场的操作和施工环境有比较高的要求，但是电力工程接地系统都是在野外，施工环境恶劣，无法满足铜焊所需的焊接环境。基于以上原因，铜银焊连接法在电力工程接地系统实际施工中很少应用。

（2）放热焊接连接法