变电所镀铜接地网与钢接地网、纯铜接地网的技术经济比较.docx

变电所镀铜接地网与
钢接地网、纯铜接地网的技术经济比较

2010年10月

目录
1.概述 3
2.技术比较 3
3.C值的由来 4
4.经济比较 5
4.1接地体截面积的选择 5
4.2材料统计 9
4.3.工程预算 12
5.结论 12

1.概述
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，以某220kV变电站和某500kV变电站工程的接地网设计为实例，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。钢材是逐层腐蚀，镀锌层具有一定的抗腐蚀性，但是一般只能在前十年起作用，十年以后钢材的将考虑年腐蚀厚度，设备引下线按0.1~0.2mm/年考虑，主接地网按0.05~0.1mm/年考虑。
钢接地体接头和钢接地体本身在腐蚀的过程中会出现点腐蚀情况，钢材点腐蚀的速度是均匀腐蚀速度的4~60倍，正是由于点腐蚀的存在，所以无法通过增加钢接地截面积的方法来增加其使用年限；铜不存在点蚀情况，寿命较长。
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。
3.C值的由来
根据DL/T 621-1997交流电气装置的接地标准中规定钢的C值为70，铜的C值为210。
镀铜钢绞线的C值还未进行明确的规定，所以以下是镀铜钢的C值推导。
在IEEEstd80中规定，接地线的最小截面积要求为：

由上式可得：

在DL/T 621-1997中规定，接地线的最小截面积要求为：

令：S=A，
则：，
其中：Ig 的单位为安培，I的单位为千安培。Ig=I*103 安培。

令：
则上式可以简化为：
所以：
即：
将IEEE std80中66页上Table 1中的数据代入，即可得一下的结果：
30%导电率铜镀钢绞线的C值计算，将相关参数代入公式：

镀锌钢的C值计算，将相关参数代入公式：

镀铜钢的C值计算，将相关参数代入公式：

C =10*21.6
C =216 ≈ 210
通过镀锌钢和铜的参数可以知道IEEE中的相关规定与国标中的相关规定是一致的。
同时，根据省公司辽电生部【2009】12号文《关于下发<辽宁省电力有限公司交流电气接地装置应用导则>（试行）的通知》，30%导电率镀铜钢绞线的热稳定系数为176。
综上所述，30%导电率的镀铜钢绞线的热稳定系数为：176
IEEE std80相关内容见附件一，辽电生部【2009】12号文件见附件二。
4.经济比较
4.1接地体截面积的选择
根据上述可得：钢接地体的热稳定系数为70，30%导电率镀铜钢绞线的热稳定系数为176，纯铜的热稳定系数为210.根据电流和短路时间的长短，就可以计算出在同等的条件下，不同材料所需的截面积。
忽略腐蚀的影响对铜接地体进行热稳定校验时，接地引下线的最小截面应满足下式：

式中： —接地引下线的最小截面，mm2；
—流过接地引下线的短路电流稳定值，A（根据系统5～10年发展规划，按系统最大运行方式确定）；
—短路电流的等效持续时间，s；
—接地引下线材料的热稳定系数，根据材料的种类、性能及最高允许温度和短路前接地引下线的初始温度确定。
短路等效持续时间

式中： —短路电流的等效持续时间，s；
—主保护动作时间，s；
—断路器失灵保护动作时间，s；
—开关固有动作时间，s；
某500kV变电站：
根据初步设计阶段短路电流计算书，如下：
短路
类型
500kV侧单相接地短路
500kV侧两相接地短路
220kV侧单
相接地短路
220kV侧两
相接地短路
35kV两相接地短路
短路电路
32.4kA
33.0kA
47.0kA
45.2kA
37.4kA
纯铜引下线所需截面计算如下(单位：mm2)
1．500kV侧： =33kA，=210, =0.35s

2. 220kV侧： =47kA，=210, =0.45s

3. 35kV侧： =37.4kA，=210, =0.6s

纯铜水平网所需截面为最大截面引下线的75%选

所以当采用纯铜地网时，主接地网的水平接地体截面取截面积为120mm2的裸铜绞线，500kV侧接地引下线选用截面积为120mm2的铜绞线，220kV侧接地引下线选用截面积为185mm2的铜绞线，35kV侧接地引下线选用截面积为150mm2的铜绞线。
镀铜钢引下线所需截面计算如下(单位：mm2)
除了镀铜钢的=176不同外，其余参数一致。计算得：
1.500kV侧：
2.220kV侧：
3.35kV侧：
镀铜钢水平网所需截面为最大截面引下线的75%选

所以当采用镀铜钢地网时，主接地网的水平接地体截面取截面积为150mm2的镀铜钢绞线，500kV侧接地引下线选用截面积为150mm2的镀铜钢绞线，220kV及35kV侧接地引下线选用截面积为185mm2的镀铜钢绞线。
镀锌扁钢引下线所需截面计算如下(单位：mm2)
钢的=70，计算得：
1.500kV侧：
2.220kV侧：
3.35kV侧：
镀锌扁钢水平网所需截面为最大截面引下线的75%选

当采用钢地网方案时，除了考虑热稳定校验的因素外，还应当按30年考虑钢材的腐蚀，主接地网考虑0.1mm/年，引下线考虑0.2mm/年。所以主接地网的水平接地体应采用60x8的镀锌扁钢，500kV侧接地引下线选用80x8的镀锌扁钢，220kV及35kV侧接地引下线选用100x10的镀锌扁钢。
岱山220kV变电站：
根据初步设计阶段短路电流计算书，如下：
短路
类型
220kV侧单相接地短路
220kV侧两相接地短路
110kV侧单
相接地短路
110kV侧两
相接地短路
35kV两相接地短路
短路电路
15.03kA
18.41kA
15.46kA
26.09kA
14.70kA
纯铜引下线所需截面计算如下(单位：mm2)
1．220kV侧： =18.41kA，=210, =0.6s

2. 110kV侧： =26.09kA，=210, =1s

3. 35kV侧： =14.70kA，=210, =2s

纯铜水平网所需截面为最大截面引下线的75%选

所以当采用纯铜地网时，主接地网的水平接地体截面取截面积为95mm2的裸铜绞线，220kV侧接地引下线选用截面积为95mm2的铜绞线， 110kV侧接地引下线选用截面积为150mm2的铜绞线，35kV侧接地引下线选用截面积为120mm2的铜绞线。
铜镀钢引下线所需截面计算如下(单位：mm2)
除了镀铜钢的=176不同外，其余参数一致。计算得：
1.220kV侧：
2.110kV侧：
3.35kV侧：
镀铜钢水平网所需截面为最大截面引下线的75%选

所以当采用镀铜钢地网时，主接地网的水平接地体截面取截面积为120mm2的铜镀钢绞线，220kV和35kV侧接地引下线选用截面积为120mm2的镀铜钢绞线，110kV侧接地引下线选用截面积为150mm2的镀铜钢绞线。
镀锌扁钢引下线所需截面计算如下(单位：mm2)
钢的=70，计算得：
1.220kV侧：
2.110kV侧：
3.35kV侧：
镀锌扁钢水平网所需截面为最大截面引下线的75%选

当采用钢地网方案时，除了考虑热稳定校验的因素外，还应当按30年考虑钢材的腐蚀，主接地网考虑0.1mm/年，引下线考虑0.2mm/年。所以主接地网的水平接地体应采用80x6的镀锌扁钢，220kV侧接地引下线均选用60x8的镀锌扁钢，110kV侧接地引下线均选用100x8的镀锌扁钢，35kV侧接地引下线均选用80x8的镀锌扁钢。
4.2材料统计
某500kV变电站：
镀锌扁钢接地方案的材料统计结果见表1，铜接地方案的材料统计结果见表2，铜镀钢接地方案的材料统计见表3。
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
1
热镀锌角钢
L50×5 L=2500
根
245
主接地网垂直接地体
2
热镀锌扁钢
－100×10
m
1800
220kV，35kV侧设备引下线
3
热镀锌扁钢
－80×8
m
1700
500kV侧设备引下线
4
热镀锌扁钢
－60×8
m
10850
主接地网水平接地体，均压坏
5
焊接点

个
1300

表2 采用铜接地设计的材料表
序号
名称
型号及规范
单位
数量
备注
1
紫铜棒
Φ20cm， L＝2500
根
245
主接地网垂直接地体
2
镀锡铜绞线
截面150mm2
m
800
35kV侧设备引下线
3
镀锡铜绞线
截面120mm2
m
10550
主接地网，500kV侧设备引下线
4
镀锡铜绞线
截面185mm2
m
1000
220kV侧设备引下线
5
镀锡铜绞线
截面50mm2
m
2000
均压坏
6
焊接头

个
1300

7
铜鼻子

个
600

表3 采用镀铜钢接地设计的材料表
序号
名称
型号及规范
单位
数量
备注
1
镀铜钢接地极
Φ20mm，L＝2500m
根
245
主接地网垂直接地体
2
30%镀铜钢绞线
截面185 mm2
m
1800
220kV，35kV侧设备引下线
3
30%镀铜钢绞线
截面150 mm2
m
10550
主接地网，500kV侧设备引下线
4
30%镀铜钢绞线
截面50 mm2
m
2000
均压坏
5
铜鼻子

个
600

6
焊接点

个
1300

某220kV变电站：
镀锌扁钢接地方案的材料统计结果见表4，铜接地方案的材料统计结果见表5，铜镀钢接地方案的材料统计见表6。
表4 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
1
热镀锌角钢
L50×5 L=2500
根
160
主接地网垂直接地体
2
热镀锌扁钢
－60×8
m
510
220kV侧设备引下线
3
热镀锌扁钢
－100×8
m
830
110kV侧设备引下线
4
热镀锌扁钢
－80×8
m
1200
35kV侧设备引下线
5
热镀锌扁钢
－80×6
m
2270
主接地网水平接地体
6
焊接点

个
684

表5 采用铜接地设计的材料表
序号
名称
型号及规范
单位
数量
备注
1
紫铜棒
Φ20cm， L＝2500
根
160
主接地网垂直接地体
2
镀锡铜绞线
截面120mm2
m
1200
35kV侧设备引下线
3
镀锡铜绞线
截面95mm2
m
2780
主接地网，220kV侧设备引下线
4
镀锡铜绞线
截面150mm2
m
830
110kV侧设备引下线
5
铜焊接头

个
684

6
铜鼻子

个
450

表6 采用镀铜钢接地设计的材料表
序号
名称
型号及规范
单位
数量
备注
1
镀铜钢接地极
Φ20mm，L＝2500m
根
160
主接地网垂直接地体
2
30%镀铜钢绞线
截面150 mm2
m
830
110kV侧设备引下线
3
30%镀铜钢绞线
截面120 mm2
m
3980
主接地网，220kV、35kV侧设备引下线
4
焊接点

个
684

5
铜鼻子

个
450

4.3.工程预算
各方案的造价见附件三。
表7为各方案的总费用（单位：万元）统计：

镀锌扁钢接地
镀铜钢接地
镀锡铜接地
500kV变电站
124.50
201.16
221.47
220kV变电站
49.28
74.75
83.86

5.结论
在技术上，镀铜钢接地和镀锡铜接地相对于镀锌钢接地有如下优点：
（1）镀铜钢或纯铜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）采用镀铜或纯铜地网相对于采用镀锌扁钢的接地网，接地体的截面大为减小，使施工成本和施工难度大幅度降低，加快了工程建设周期；
（3）镀铜或纯铜地网采用放热焊接，确保连接点为分子结合、无腐蚀、无松弛、导电能力和原导体保持一致。并且放热焊接操作简单快捷简单，焊点美观可靠，是真正可靠、牢固、永久的连接。
（4）镀铜钢绞线或纯铜绞线都可以成盘或成卷供应，仓促和运输方便，并且可以连续的铺设，导体间连接点更少。相对6米/根的扁钢接地体，施工的速度更快，连接点更少，地网系统更可靠、稳定。
在工程总投资上，镀锌钢接地的投资总费用少于镀铜钢接地，镀铜钢接地的投资总费用少于镀锡铜接地。
根据综合考虑，推荐技术优越且投资相对便宜的镀铜钢接地方案。