ARC-W接地合金材料在渔光互补电站的应用

王立野孙建华

摘要：论述了渔光互补光伏发电主接地选材（镀锌钢、ARC-W合金、覆铜钢、纯铜）的腐蚀性能和导通性能等综合性能对比，通过项目应用实例，得出综合技术经济比较。

关键词：ARC-W接地合金渔光互补电站应用

1概述

渔光互补光伏电站部署位置主要有水塘、小型湖泊、水库等区域。然而，对于水上光伏电站的安全保障—接地系统，由于面积巨大、布置分散、联系松散、周边土壤电阻率不均匀等特点，传统接地材料的大电阻率对大型水上光伏接地网电阻率的影响非常大。此外，耐腐蚀性能差的镀锌钢在普通土壤中用作接地材料，运行数年后，会出现材料腐蚀现象，在水体和盐渍土区域尤为突出。因此，在设计与安装中，除了考虑接地干线主体材料自身电阻率所带来的影响，还需要考量选材的耐腐蚀性能。

2金属接地材料的适应性

（1）要严格考量金属接地材料长期在潮湿环境中的可靠性、耐腐蚀性和使用寿命。

（2）水上作业很难大量使用重型机械等进行高效率施工，需要潜水或在船上的作业很多。船上作业要考虑平衡性和安全性，也不能损坏水池堤坝等设施。

3金属接地材料综合性能对比

注：①导电性能以纯铜导电率为基数。

可见：ARC接地合金材料采用耐腐蚀性能优异的铝为基材，通过添加少量的铜元素，改善材料表面氧化层的接地导通特性；添加微量稀土元素，改善合金长期耐蚀性和接地电气稳定性；并通过进一步的表面精细预氧化等处理工艺大幅度提高ARC接地合金的耐蚀性能。此外鉴于铝合金的电化学特性，对于电力系统中的相连钢构件具有优良的保护作用。

4接地选材经济分析

传统电力工程项目接地采用接地材料为镀锌钢、ARC-W合金、覆铜钢、纯铜，对这四种材料进行价格分析见下表。

接地材料考量单位表面积散流效果，因此在此我们比较材料的体积价格。常用的四种接地材料的体积价格排序是纯铜>覆铜钢>ARC-W合金>镀锌钢。纯铜的体积价格是镀锌钢的10倍，是ARC-W合金的4倍，是铜包钢的2倍。以镀锌钢的标准使用年限，设计寿命十年为单位，光伏电力设备设施的接地系统要求25年免维护，镀锌钢的不包含施工的材料成本是ARC-W合金的1.5倍。

5认证和推广应用

ARC产品经过中国电力科学研究院、国家电网智能电网研究院、瑞士通标标准技术服务有限公司（SGS）、莱茵技术有限公司等第三方检测公司的权威检测。

试验证明了产品各项指标均表现优异，符合项目实际需求。

《国家电网公司依托工程设计新技术推广应用成果汇编（2015年版）》指出铝铜稀土合金“适用于中、近水土壤或水土壤（PH≥7.0）地区的电力系统户外变电站和输电线路接地网和接地极。”

6施工工艺及应用实践

6.1镀锌钢

镀锌钢采用电弧焊接方式完成接地网连接。因为满足接地网25年有效寿命要求，镀锌钢接地体设计加大截面至60×8mm2，6米长的单根镀锌钢重量为23kg，材料过大单体质量给后续施工带来极大的不便。

《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》要求在敷设接地网时，接地网外缘应闭合，外缘各角应做成圆弧形，接地网内应敷设水平均压带等，由于接地体截面增大，导致接地体弯折和焊接困难，而且在接地网加工和施工中易破坏表面镀层。

6.2覆铜钢

覆铜钢作为一种复合接地材料，施工工艺要求严苛，施工过程除镀层易破损外，其焊接接头易出现大量焊接缺陷，接头耐腐蚀性能差；而且其表面一旦出现碰损、划伤以及腐蚀穿透等局部缺陷，露出的基体与铜膜形成腐蚀电偶，会加快基体的腐蚀，导致其腐蚀过程不确定。此外，热熔焊接试剂受运输限制。

6.3ARC-W合金

常见连接工艺有氩弧焊连接和机械连接。焊接接头的材质与和母材一致，均具有较好的耐土壤腐蚀性能，氧化产物可保持较好的接地导通性能，可满足接地网25年免维护。采用液压压接等机械工艺，使得施工现场实现无明火操作并更为便捷。

该材料在我公司承建的山东东营渔光互补光伏项目上已得到应用。东营地区土壤腐蚀率较高，且接地材料位于水面区域，水与空气接触面腐蚀程度较普通地区高出数倍，考虑光伏电站25年使用寿命，结合ARC材料优异的耐腐蚀性能及导电性能，最终选用ARC40*4规格。

6.4纯铜

纯铜也是一体材料，耐蚀性能优异。热熔焊接试剂受运输限制。

7结束语

通过以上主接地网材质的选型分析和技术经济综合比较，得出：

（1）在对金属材料腐蚀严重的水上光伏电站工程，ARC-W合金和铜材质接地网的抗腐蚀性能有较大优势。（2）从经济上比较，主接地网水平接地极采用40×4mm2ARC-W合金初始投资成本最低，性价比最高；纯铜成本最高，性价比最低；60×8mm2热镀锌钢的投资成本仅次于ARC-W合金，但是镀锌钢的耐腐蚀性能差。（3）采用Φ14mm铜镀钢的铜镀层在施工中极易破坏，破坏后会加剧接地体的腐蚀，系统工艺风险最大。（4）采用纯铜和覆铜钢的连接方式局限于热熔焊接，焊剂采用了爆炸成分，焊剂的安全运输存在较大风险。

通过山东东营项目应用实践表明：在水质复杂的区域安装的水上光伏工程，采用的40×4mm2ARC-W合金作为涉水区域的水上光伏主接地网的水平接地体，工程造价最低，耐腐蚀性能接近铜材。

参考文献：

[1]《国家电网公司依托工程设计新技术推广应用成果汇编（2015年版）》

[2]《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》（GB50169-2006）中国计划出版社

[3]《光伏发电站设计规范》GB50797-2012中国计划出版社

作者简介：

王立野（1972-）苏美达能源质量安全中心，工程师，国家一级建造师

孙建华（1972-）苏美达能源质量安全中心总经理，教授级高工