变电站不锈钢复合材料耐腐蚀接地装置

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备案号：xxxxx-201x国家能源局发布201x-0x-0x实施201x-0x-0x发布变电站不锈钢复合材料耐腐蚀接地装置Anticorrosiveg国家能源局发布201x-0x-0x实施201x-0x-0x发布变电站不锈钢复合材料耐腐蚀接地装置Anticorrosivegroundingdeviceofcompositematerialofstainlesssteelfortransformersubstation（征求意见稿）DL/Txxx—201x中华人民共和国电力行业标准变电站不锈钢复合材料耐腐蚀接地装置1范围本标准规定了变电站不锈钢复合材料耐腐蚀接地装置的总则、技术要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存等。本标准适用于变电站、换流站所使用的接地装置，包括埋入一般中性土壤、酸性土壤、碱性土壤和盐渍土壤中的接地装置。2范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T2828.1计数抽样检验程序第1部分：按接收质量限（AQL）检素的逐批检验抽样计划GB/T699优质碳素结构钢GB/T4226不锈钢冷加工钢棒GB/T12771流体输送用不锈钢焊接钢管GB/T20878不锈钢和耐热钢牌号及化学成分GB/T228.1金属材料拉伸试验第1部分：温室试验方法GB/T2651焊接接头拉伸试验方法GB/T50065交流电气装置的接地设计规范GB50021岩土工程勘察规范GB50169电气装置安装工程接地装置施工及验收规范DL/T248输电线路杆塔不锈钢复合材料耐腐蚀接地装置DL/T5394电力工程地下金属构筑物防腐技术导则DL/T5285输变电工程架空导线及地线液压压接工艺规程3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1接地体（极）groundingconductor埋入地中并直接与大地接触的金属导体。分为水平接地体和垂直接地体。3.2接地线groundingconductor电气设备、杆塔的接地端子与接地体或零线连接用的在正常情况下不载流的金属导体。3.3接地装置groundingconnection接地体和接地线的总和。3.4工频接地电阻powerfrequencygroundresistance按通过接地体流入地中工频电流求得的电阻。3.5接地引下线groundleadwire电气装置、杆塔的接地端子与接地体（极）连接用的金属导电部分。3.6不锈钢复合材料compositematerialofstainlesssteel采用专用不锈钢包覆优质碳素钢所形成的复合金属材料。3.7耐腐蚀接地装置anticorrosivegroundingdevice选用不锈钢复合材料作为接地体（极），能耐受强酸性（4.0≤pH＜5.5）土壤和强碱性（8.5＜pH≤10.0）土壤腐蚀以及盐渍土壤的腐蚀，具有比普通接地体（极）更长使用年限的接地装置。3.8平均腐蚀率averagecorrosionrate接地体（极）因腐蚀而导致截面减小，以每年等效直径的损失来表示，单位为mm/a。3.9腐蚀试验corrosiontest用于测量土壤对接地体（极）腐蚀率的试验。3.10接地网groundinggrid接地系统的组成部分，仅包括接地极及其相互连接部分。3.11热剂焊（放热焊接）exothermicwelding热剂焊（放热焊接）也称之火泥熔接，它是利用金属氧化物与铝粉的化学反应热作为热源，通过化学反应还原出来的高温熔融金属，直接或间接加热工件，达到熔接的目的。3.12熔敷金属depositedmetal完全由放热焊剂融化后所形成的焊接接头金属。3.13放热焊接接头exothermicweldingjoint采用放热焊接生成的连接接头。4总则4.1接地装置材料应满足变电站、换流站接地网的设计使用年限要求。4.2接地装置材料应满足现行国家标准、行业标准对环境保护的要求。4.3土壤腐蚀性评价应视变电站站址土壤情况依据GB50021、和DL/T5394确定，参见附录A。4.4接地装置材料热稳定校验系数参见附录C。4.5接地装置材料截面Sg应根据变电站站址区域电网规定的最大接地短路电流Ig、短路电流持续时间te，及接地材料热稳定校验系数C，并依据GB/T50065的规定计算确定，参见附录D。5分类及型号5.1分类接地装置耐腐蚀性取决于包覆层材料成分和材料厚度，按适用范围可分为Ⅰ类和Ⅱ类，适用于不同的土壤，见表1、结构见图1。表1接地装置材料分类单位：mm类型包覆层厚度δ适用范围Ⅰ≥0.5一般中性及中等酸碱性土壤Ⅱ≥0.7强酸、强碱性及盐渍土壤图1接地装置材料结构示意图5.2型号接地装置材料的型号由产品的型式代号、类别及标称尺寸组成。耐腐蚀接地装置材料型式代号用GFD表示。表示方法：GFD∕□——□×□ 标称尺寸：直径×长度（单位：mm）类别代号（I类或II类）型式代号示例：耐腐蚀类别为I类；标称尺寸为直径D=24.2mm，长度L=7500mm。表示为GFD/I—24.2×7500。6要求6.1材料要求6.1.1接地装置基材用钢应符合GB/T699中化学成分和物理性能。6.1.2接地装置材料包覆用钢应符合GB/T20878和GB/T12771中化学成分和物理性能。6.1.3接地装置极尖用钢应符合GB/T4226中化学成分和物理性能。6.1.4接地装置材料接地体相对电导率不小于9.8%，见附录B。6.2外观要求6.2.1接地体（极）、接地线a)表面应光滑、平整，不应有凹凸及变形等现象；b)平直度不大于2.0mm/m。6.2.2极尖a)用于垂直接地体端面的密封。b)表面应光滑、平整无毛刺，不应有凹凸及变形等现象；c)内壁应清洁、光滑。6.3尺寸要求6.3.1接地体（极）、接地线接地体接地线尺寸如图1所示。加工后的接地体尺寸及偏差应满足表2要求。表2接地体尺寸及偏差单位：mm外径D长度L不锈钢包覆层壁厚δI类II类D±0.106000～75000.55±0.050.75±0.056.3.2极尖加工后的极尖如图2所示，极尖尺寸及偏差应符合表3的规定。图2极尖示意图表3极尖尺寸及偏差单位：mm壁厚δ内径D长度A孔深B1.2±0.10D+0.15≥55≥356.3.3放热焊接接头放热焊接接头部位，表面应平整无明显凹坑，其任意方向的外观尺寸均应大于焊接母材的外观尺寸。放热焊接接头剖面应无贯穿性的气孔，每平方厘米及以下剖面上不得超过1个气孔，单个气孔任意方向的最大尺寸不大于焊接材料1/4直径或者1/3厚度，但最大单个气孔直径不得超过2mm。6.4物理特性要求6.4.1包覆层可塑性包覆层经弯曲90°后（弯曲半径不小于直径的10倍），折角内外无裂纹。6.4.2包覆层与芯棒结合力包覆层与芯棒的结合力不应小于15kN/300mm。6.4.3接地材料和放热焊接接头的抗拉强度接地材料和放热焊接接头的抗拉强度不应低于300MPa。6.5耐腐蚀特性要求6.5.1接地装置中的I类接地体、极尖等部件均应耐受一般中性及中等酸碱性土壤的腐蚀，其年平均腐蚀率应满足不大于0.008mm/a的要求。6.5.2接地装置中的II类接地体、极尖等部件均应耐受强酸性土壤、强碱性土壤和盐渍土壤的腐蚀，其年平均腐蚀率应满足不大于0.008mm/a的要求。6.5.3接地装置中的I类接地体放热焊接接头部分均应耐受一般中性及中等酸碱性土壤的电偶腐蚀，其年平均腐蚀率应满足不大于0.08mm/a的要求。6.5.4接地装置中的II类接地体放热焊接接头部分均应耐受强酸性土壤、强碱性土壤和盐渍土壤的电偶腐蚀，其年平均腐蚀率应满足不大于0.08mm/a的要求。6.6极尖连接要求接地体与极尖的连接方法，宜采用液压压接的方法连接，并符合DL/T5285的相关要求，确保压接部位的密封性。6.7耐受短路电流要求经工频大电流短路试验后，试样表面不得有开裂、裂纹、凹坑、融化等缺陷。6.8放热焊接接头要求放热焊接接头连接质量要求应满足GB50169的规定，连接工艺参照附录E。7试验方法7.1外观检查接地装置中的接地体、接地线、极尖等部件均应进行外观检查。在自然光线下目测，外观检查结果应符合6.2的规定。7.2尺寸测量a)直径用分度值不大于0.02mm的外径千分尺，在样件上均匀选取三处测量，取平均值，测量结果应符合6.3的规定规定；b)长度用分度值不大于1.0mm的钢卷尺测量，测量结果应符合6.3的规定；c)壁厚用分度值不大于0.02mm的壁厚千分尺测量，测量结果应符合6.3的规定。7.3平直度测量将1m长度接地体的被测面放在基准平板上，用塞尺直接测量被测面与基准平板面间的最大间隙距离，然后将试品旋转90°，再测与基准平板面间的最大间隙距离，其平均值应符合6.2.1的规定。7.4物理性能试验7.4.1包覆层可塑性试验从生产线中的一个批量产品中随机抽取长度不小于2000mm的试品3件，从试品一端500mm处，经弯曲90°后，折角内外应无裂纹（弯曲半径R不小于直径D的10倍），再从试品另一端500mm处，经反向弯曲90°后，折角内外应无裂纹（弯曲半径R不小于直径D的10倍），见图3。图3包覆层可塑性试验示意图7.4.2包覆层与芯棒结合力试验从生产线中的一个批量中随机抽取接地材料成品3件作为试品，试品应在离头或尾部1000mm处截取，取试品长度为300mm。从试品一端75mm处去除包覆层，试品另一端75mm处掏空芯棒（包覆层与芯棒的结合面长度为150mm±1.5mm），置于拉力试验机上。拉力试验值的平均值应不小于15kN为合格。7.4.3抗拉强度试验从生产线中的一个批量中随机抽取接地材料成品3件作为试品，接地材料的平均抗拉强度不得低于300MPa。试验方法应按GB/T228.1的规定进行。夹具之间的材料长度不小于500mm。7.5放热焊接接头试验7.5.1放热焊接接头外观检查放热焊接接头任意方向的外观尺寸应满足6.3.3要求，见图4。“一”字接头(b)“＋”字接头(c)“Т”字接头图4放热焊接接头外观示意图7.5.2放热焊接接头剖面检查放热焊接接头应无贯穿性的气孔，气孔的大小尺寸应满足6.3.3的要求。见图5；按图6（a）、（b）、（c）所示的部位截取放热焊接接头的剖面，熔敷金属与被连接的焊接材料表面应完全熔合。图5放热焊接接头剖面示意图 （a）“一”字接头(b)“＋”字接头(c)“Т”字接头图6放热焊接接头剖面截取示意图7.5.3放热焊接接头抗拉伸强度试验放热焊接接头的抗拉强度应不低于接地材料抗拉强度；接地材料为异种材料时，接头抗拉强度不得低于接地材料抗拉强度的较低者。试验方法应按GB/T2651的规定进行，抗拉强度试验试件数量及尺寸见表4。表4抗拉强度试验试件数量及尺寸试件类型试件数量试件总长度尺寸棒或板材3≥600mm7.6接地短路电流试验7.6.1短路电流试验试件类型、数量及尺寸见表5。表5短路电流试验试件类型、数量及尺寸序号试件类型试验项目试件数量试件总长度尺寸1棒或板材短路电流试验3≥600mm2有焊接接头的棒或板材短路电流试验3≥600mm7.6.2将试件连接组成试验回路，试验用工频短路电流有效值Ig以及短路电流持续时间te的选取，依据GB/T50065计算确定，参见附录D。7.7接地体耐腐蚀性能试验7.7.1接地体自然腐蚀试验7.7.1.1接地体自然腐蚀试品试品为不锈钢复合材料，需备制24件，12件为一组，共两组。试品直径19.2mm，长度为40mm，包覆层厚度为0.6mm±0.1mm的复合材料，试品表面应光滑、平整,无毛刺和飞边，包覆层应无裂纹。试验前应用酒精擦洗干净,并在100℃下烘干1h，冷却至室温并随即用有机密封胶密封两端非工作面，用分析天平（精度为0.1mg）称重待用。7.7.1.2耐酸性土壤腐蚀试验用醋酸（CH3COOH）将土壤的酸度调配成pH值为4.0，并放入非金属试验槽中，平整的铺放35mm～40mm厚度，将12件试品轻轻放入，试品直径方向间距为30mm，长度方向间距为80mm，然后再覆盖厚为35mm～40mm的pH值为4.0的酸性土壤，并将表面抹平。1h后，向土壤表面喷去离子水，直至表面水层深约5mm，然后用双层PVC厚膜将试验槽口封住，以减少水分挥发。试验槽置于室内无阳光照射，四周无热源处。放置期间每隔15d喷水一次，水层深约5mm。60d后取出，清除试品表面附着物，同时进行外观检查，用酒精清洗烘干称重。按式（1）计算出每个试品的平均腐蚀率。V＝(ΔW/St）·(3650/d）（1）式中：V—试品平均腐蚀率，mm/a；ΔW—试品损失质量，g；S—试品表面积，cm²；t—试品埋入土壤的时间，d；d—试品材料密度，g/cm³。按式（1）计算出的平均腐蚀率分别满足6.5.1及6.5.2的要求为合格。7.7.1.3耐碱性土壤腐蚀试验用氢氧化钠（NaOH）将土壤的碱度调配成pH值为10.0，放入非金属试验槽中，平整的铺放35mm～40mm厚度，将12件试品轻轻放入，试品直径方向间距30mm，长度方向间距80mm，然后再覆盖厚为35mm～40mm的pH值为10.0的碱性土壤，并将表面抹平。1h后，向土壤表面喷去离子水，直至表面水层深约5mm，然后用双层PVC厚膜将试验槽口封住，以减少水分挥发。试验槽置于室内无阳光照射、四周无热源处。放置期间每隔15d喷水一次，水层深约5mm。60d后取出，清除试品表面附着物，同时进行外观检查，用酒精清洗烘干称重。按式（1）计算出每个试品件的平均腐蚀率，平均腐蚀率分别满足6.5.1，6.5.2的要求为合格。7.7.2放热焊接接头电偶腐蚀试验7.7.2.1放热焊接接头电偶腐蚀试品选取两种材料进行腐蚀试验，分别是不锈钢复合材料（以下简称不锈钢）和熔敷铜合金材料（以下简称铜）。每种材料需制备15件，共5组，不锈钢复合材料试件直径为19.2mm，包覆层厚度为0.6±0.1mm，用蒸馏水冲洗，后用丙酮脱脂，酒精去污，吹干备用。试样的非工作面用有机密封胶密封，不锈钢复合材料和熔敷铜合金材料面积比为85:1，电偶腐蚀试验装置如图7所示。图7不同金属间电偶腐蚀试验示意图7.7.2.2试验土壤选取碱性（PH10.0）、酸性（PH4.0）和滨海盐渍/内陆（含盐量1.66%，PH8.5）土壤作为试验介质。先将试验土壤介质放入非金属试验槽中，平整的铺放35~40mm厚度，将试样轻轻放入，试样直径方向间距为30mm，长度方向间距为80mm，然后再覆盖厚为35~40mm的相应的土壤介质，并将表面抹平。1小时后，向土壤表面喷去离子水，直至表面水层深约5mm，然后用双层PVC厚膜将试验槽口封住，以减少水分挥发。试验槽置于室内无阳光照射，四周无热源处。放置期间每隔15d喷水一次，水层深约5mm。90d后取出，清除试品表面腐蚀产物，同时进行外观检查，用酒精清洗烘干称重。按式（1）计算出每个试品的平均腐蚀率，平均腐蚀率分别满足6.5.3，6.5.4的要求为合格。7.7.3试验结果判定当9.1和9.2两项试验均通过时，则接地体材料和放热焊接接头耐腐蚀试验合格。8检验规则检验分为型式试验、出厂试验和验收试验，其试验项目见表6，计数抽样方案见DL/T248附录E。8.1型式试验有下列情况之一应进行型式试验，用于型式试验的试品应从生产线中的一个批量产品中随机抽样，但不得少于3件。a)新产品投产或老产品转厂生产的试制定型时；b)正式生产后，产品结构有较大改动时；c)产品停产一年以上恢复生产时；d)国家质量监督检验机构提出型式试验要求时。型式试验项目见表6，不满足表6中任一项检验项目时，试验为不合格。8.2出厂试验a)产品以批为单位进行验收。同一牌号原料、同一规格、连续生产的产品，以不大于6000支为一批；b)产品出厂应逐个进行产品的外观检查，并进行表6所列项目的出厂试验。表6试验项目序号试验项目标准条文型式试验出厂试验验收试验1外观检查6.2√√√2平直度测量6.2.1√√√3尺寸测量6.3√√√*4包覆层可塑性试验6.4.1√—√5包覆层与芯棒结合力6.4.2√——6接地材料拉伸试验6.4.3√——7放热焊接接头剖面检查及拉伸试验6.3.3、6.4.3√——8接地体（熔接头）热稳定通流试验6.7√——9接地体（熔接头）耐腐蚀性能试验6.5√——注1：“√”表示必须进行的项目，“—”表示不进行项目。注2：“√*”表示可不进行壁厚测量。8.3验收试验验收试验为合同性试验，根据用户或购买方的要求可进行产品的验收试验。验收试验项目见表6。也可以由生产厂商与用户协商后，抽样进行部分或全部型式试验项目。验收试验可在双方认定的有试验条件的单位进行。9标志、包装、运输、贮存9.1标志产品的包装应附有产品合格证或标签，并标志下列内容：产品名称、规格、数量、生产日期、生产企业名称、地址、联系方式以及产品执行标准号。9.2包装接地体、极尖一般采用塑料薄膜包裹，采用纸箱或木箱包装，也可由供需双方商定包装方式。9.3运输运输时应采取防止重压、摔碰或接触锐利物件等防护措施，并有可靠绑扎措施，以保持包装完好无损。9.4贮存产品应贮存在通风干燥的库房内，底层应平整并有绑扎措施。短期露天存放，应捆扎牢固，有必要的防范措施。附录A

（规范性附录）

土壤腐蚀性评价A.1对于一般地区的土壤，土壤的腐蚀性可采用土壤电阻率进行判定，土壤电阻率与土壤腐蚀性的关系见表A.1。表A.1土壤电阻率与土壤腐蚀性土壤腐蚀性弱中强土壤电阻率Ω·m＞5020～50＜20A.2土壤的腐蚀性还可采用土壤pH值进行判定，土壤pH值与土壤腐蚀性的关系见表A.2。表A.2土壤pH值与土壤腐蚀性土壤腐蚀性分级极强酸性强酸性弱酸性中性弱碱性强碱性极强碱性土壤pH值4.0～5.05.0～5.55.5～6.56.5～7.57.5～8.58.5～9.09.0～10

附录B（资料性附录）常用接地导体材料常数B.1常用接地导体材料的相关常数见表B.1。表B.1常用接地导体材料的常数接地材料名称材料相对电导率αr（20℃）Ko熔化温度βr（20℃）TCAP％(1/αo,0℃)(℃)µΩ·cmJ/(cm3·℃)退火软铜1000.0039323410831.723.42工业硬铜970.0038124210841.783.42电镀铜覆钢1400.0037824510844.43.85电镀铜覆钢1300.0037824510845.863.85电镀铜覆钢1200.0037824510848.623.85304不锈钢2.40.00137491400724.03镀锌钢28.60.003229341920.13.93不锈钢复合材料39.80.0016605140017.54.44注1：电镀铜覆钢覆铜镀层厚度为0.254mm。其他工艺铜覆钢也可以参考电镀铜覆钢。注2：锌覆钢可以参考镀锌钢。注3：不锈钢复合材料的不锈钢包覆层厚度为0.508mm。

附录C（规范性附录）接地材料热稳定系数C.1不锈钢复合材料热稳定系数取值见表C.1表C.1不锈钢复合材料热稳定系数C最大允许温度（℃）不锈钢复合材料C值5009260099700105热稳定系数C计算公式如下：（式C.1）式中：Tm—允许的最高温度，℃，考虑到腐蚀情况，表C1中分别取500、600、700℃；Tα—环境温度，℃，一般取40℃；αr—参考温度Tr时电阻温度系数，取20℃的电阻温度系数，℃；βr—参考温度Tr时电阻率，取20℃的电阻率数，µΩ·cm；K0—1/αo,℃；TCAP—热容系数，J/cm3·℃。不锈钢复合材料热稳定系数建议按表C.1选取，或者按式C.1进行计算。Tm宜根据当地土壤腐蚀情况综合考虑选取。附录D（规范性附录）接地体（线）截面计算D.1接地体（线）的最小截面应符合下式的要求：(式D.1)式中：—接地体（线）的最小截面（mm2）；—流过接地体（线）的最大接地故障不对称电流有效值（A），按工程设计水平年系统最大运行方式确定；—接地故障的等效持续时间（s）；—接地体（线）材料的热稳定系数，根据材料的种类、性能及最大允许温度和接地故障前接地体（线）的初始温度确定。D.2在计算接地体（线）的最小截面时，C按表C.1选取，或者按式C.1进行计算确定。

附录E（规范性附录）接地体材料放热焊接连接工艺E.1接地体材料放热焊接施工工艺E.1.1焊前准备E.1.1.1模具的准备E.1.1.1.1模具的清理焊接前应清除模具内侧所有的污迹、结块、附着物及渣滓。E.1.1.1.2模具的干燥模具应充分干燥，可使用喷灯、热风机等进行烘烤。连续操作的同一模具可借助放热焊接后的残余热量保持其干燥，但应随时进行检查。E.1.1.2母材的准备焊接前应将母材结合部位打磨清理干净，并预热。预热宜使用喷灯，预热时间不宜过长。E.1.1.3接头形式接地体焊接的接头形式尺寸应按设计图纸规定加工。如无规定时，接头形式和尺寸应按能保证焊接质量、便于操作、减少焊接应力及经济性等原则确定选用；常用的焊接接头形式参见表E.1。表E.1焊接接头基本形式序号接头形式代号图形适用范围1对接Ⅰ板、线、棒、管2T接单T板、线、棒3角接L板、线、棒4T接双T板、线、棒5搭接Ⅱ线、棒6搭接＋板、线、棒E.1.1.4焊接组对焊接组对时，模具的孔径要与母材的外径紧密配合，并将模具的两部分对齐、夹紧，不能留有余孔和偏缝，防止高温熔敷金属液漏出模具，必要时可以使用耐高温密封泥进行封堵。E.1.1.5施焊人员准备正式施焊前，操作人员应进行模拟焊接练习，接头符合要求后，方可参与接地体的焊接。E.1.2焊接工艺E.1.2.1焊接环境温度低于10℃，母材必须预热，预热温度必须大于50℃。E.1.2.2焊剂装填及母材夹持模具、母材夹紧后，放置稳妥，将金属隔离片置于模具内。隔离片规格应与模具适配；焊剂装填完毕，将引燃剂均匀撒在焊剂表面靠近引模唇内侧及模唇处，尽量保持焊剂表面与模唇处引燃剂的连续，不得将焊剂和引燃剂调和。加入焊剂和引燃剂后，模具不得倾斜或震动，防止金属隔离片偏移造成漏粉。E.1.2.3点火焊接模盖开口处应朝向空旷位置，不得朝向施工人员及其他易燃物品；使用点火枪、喷灯等点燃模唇处引燃剂，点燃时施焊人员位置与焊剂喷溅方向保持一定角度和距离，并佩戴焊接用防护手套、口罩和护目镜。点火后经15～20s后熔敷金属开始凝固，应在金属凝固后保持10s以后方可开模，以避免过早开模造成接头裂纹，如在冬季施工，保持时间应酌情延长。连续多次作业，每次焊接后应进行模具清理，模具过热时应及时进行静置冷却。焊接过程中如发生熔敷金属外流，如接头缺肉，则接头必须报废。将报废接头切除，重新清理母材后方可焊接，严禁在报废接头上添加焊剂二次焊接。每组接头熔接完成待表面温度冷却至常温后，应使用钢丝刷清除接头熔敷金属及母材表面的残留物，并在熔接接头部位外侧100mm范围内应做防腐处理（如冷喷锌等）。E.2异种接地体材料连接方式E.2.1异种接地体材料间的连接宜采用放热焊接的方法。E.2.2与热浸镀锌钢、铜覆钢、铜、不锈钢等接地材料的连接推荐采用放热焊接，焊接要求按E.1进行。不