13.7.3 综合点评
该±800kV特高压线输电线路采用接地模块将会导致接地电阻不达标、接地体严重锈蚀等多重隐患,应予以制止。
1.接地模块双重腐蚀效果会导致接地体在半年内锈蚀,导致极大的安全隐患和经济损失,这是清华大学针对不同厂商的接地模块的试验研究得出的结论(见本书参考文献[11]《接地模块降阻特性的现场实验与仿真建模》)。该试验表明,半年内出现以下现象:
(1)接地模块与接地钢材连接处已经发生腐蚀,并向外扩展,出现红褐色的铁锈;用水泥不完全包裹的钢连接头,被包裹的部分没有腐蚀,但露出的部分发生相对严重的腐蚀,这主要是因为氧浓度差的存在而引起的腐蚀。
(2)对于渗透型接地模块,由于外填料盐分的存在,与外填料相接触的钢芯比其余部分钢芯发生的腐蚀更为严重,其半径尺寸出现明显的减小。因此可以认为,外填料中所含离子是促进金属腐蚀的重要因素之一。
符合GB/T 21698—2008《复合接地体技术条件》的接地模块则同时存在上述两种腐蚀。
因接地体锈蚀导致线路被雷击停电跳闸事故屡有发生,给整个电力系统造成了极大损失。目前华北电网公司为了严防腐蚀已经基本禁止了降阻剂的使用。如果特高压电网使用接地模块,一旦遭受腐蚀后危害更大,有可能导致全国大停电。
2.导致电阻率2000~6000Ω·m的高阻区接地方案设计全都出现差错,无法达标,埋下安全隐患.
其中,TJ20A方案的接地电阻值超过28Ω(估算方式与13.5类同,出于保险的角度,单个接地模块效果等同4m圆钢估算,以下类同),满足不了小于25Ω的目标值。
TJ30A方案的接地电阻值超过37Ω,满足不了小于30Ω的目标值。
TJ40A方案的接地电阻值超过39Ω,满足不了小于30Ω的目标值。
TJ50A方案的接地电阻值超过39Ω,满足不了小于30Ω的目标值。
TJ50A方案的接地电阻值超过40Ω,满足不了小于30Ω的目标值。
之所以出现上述差错是因为该线路山西段参考了接地模块厂商提供的参数设计了接地方案,可厂商提供的参数严重失实。
几乎所有厂商都宣称其所提供的单个接地模块接地电阻值低达0.11ρ,与长为16m、直径为12mm、埋深0.6m的圆钢接地电阻值相当。
事实上,清华大学相关研究组针对各个厂商的接地模块试验研究表明,各厂商所提供的参数无一与实际相一致,全都将降阻效果夸大了好几倍。每套接地模块实际效果与一普通接地角钢相当,与经典理论计算出来的理论值相合。
不管是理论推导还是实践数据均表明:0.5m×0.4m×0.06m的长方形接地模块接地电阻值与长2m、直径10mm的圆钢相当。长1m、直径0.2m的圆柱形接地模块与长3m、直径10mm的圆钢相当。如果是含有化学离子的渗透型接地模块,考虑到屏蔽作用,加在线路上的单套模块效果不超过一根4m的普通接地圆钢。
可厂商却编造较实际效果高几倍的参数给设计院,必然地致使接地方案出现严重差错。
3.接地模块被世界公认为降阻效率低下的接地样式
世界主流公认的接地设计原则为:一维直线形最优,二维平面形其次,三维立体形最低!
这就是说,能用辐射形接地极,则不用网状接地极;能用网状接地极,则不用平板接地极;能用平板接地极,则不用模块或者圆柱等立体接地极。
对于电阻率为100Ω·m的土壤,如果要降至0.5Ω,那么所需模块型材料高达辐射形材料的40万倍。
事实上,本书参考文献[11]《接地模块降阻特性的现场实验与仿真建模》中的试验表明,接地模块对大型地网降阻效果几可忽略,对小型地网降阻效果也比较小。比如,对10m×10m的小型地网,16个非渗透型接地模块可以产生27.7%的明显降阻效果,16个渗透型接地模块可以产生21.8%~32%的明显降阻效果。而在接地网四角连接4根长10m直径为1cm的普通圆钢,降阻效果可到35%。这是否可以说,售价数千元的接地模块降阻效果还不及售价100多元的普通圆钢。
4.笔者没有遇到任何厂商能给出单个接地模块接地电阻值的明确计算公式,也没有遇到任何厂商敢确保接地模块的降阻效果。
目前接地模块厂商只给出单个接地模块的经验公式,这些公式含糊不清、模棱两可,里面还含有一些说不清、道不明的经验参数,类似“伪科学”的典型特征。
科学的基本特征就是,可以用一套世界通行的客观标准衡量,实验具有可重复性。接地模块一条也满足不了。从该角度来说,接地模块只能算是谁也无法确定其质量的“三无”产品。
5.接地材料的选择应用的趋势
事实上,接地极降阻效果在于形状的设计,与接地材料本身无关。换言之,接地方案应由各大电力设计院根据DL/T 621—1997《交流电气装置的接地》、GB/T 50065—2011《交流电气装置的接地设计规范》等规范确定,而非那些完全不懂电气的材料厂商来决定。接地材料只关乎接地极寿命。
目前美国等发达国家普遍采用铜材(或镀铜钢)。虽然一次性投入偏高,但寿命长,从长远角度计算更加经济划算。国际标准IEEE 80-2000《交流变电站安全接地导则》指出:
“铜是用于接地的一种普通材料。除了它的高导电率外,铜导体在耐腐蚀方面有优势,因为对于大多数很可能埋在附近的其他金属,铜是阴极。
镀铜钢通常用于地下接地棒,偶尔用于接地网,特别是在偷窃行为成为一大问题的地方。”
出于长远经济的角度,目前国内变电站已经开始大量采用镀铜钢材料。
一般认为,满足美国UL标准的镀铜钢寿命可达40年。这是美国国家标准局开挖研究全美128个接地系统中的333个不同类型接地极,并调查了36500个样本后得出的结论。
而特高压输电线路将几大电网联成一体,出现故障尤其是跳闸停电的危害远远高于普通输电线路,有可能导致全国大停电,重要性可比变电站,因此建议采用镀铜钢以确保电网的安全运行。