換流站接地網(wǎng)施工及后期運維研究

江 源

(湖北超高壓輸變電公司，湖北武漢 430050)

0 引言

當接地網(wǎng)發(fā)生故障或接地電阻測量異常后，通常情況下由于無法查閱工程施工實際情況，無法排查故障原因，只能采用大面積開挖手段來查找故障原因，增加了工程難度與費用。針對以上問題，本文根據(jù)作者自身工作經(jīng)驗在施工驗收、跟蹤階段提出了較為實用的措施，如:扁鐵接頭全部拍照、接頭點和陰極保護全部作標識、繪制定位圖等。達到了控制隱蔽工程質(zhì)量的目的，也為今后的運行維護改造留下了寶貴資料。

1 換流站接地網(wǎng)施工要求

1.1 換流站的地位

換流站作為整個電力系統(tǒng)的重要組成部分，其電網(wǎng)中地位重、工程造價高，因此對換流站的施工質(zhì)量提出了更高的要求。對換流站的保護也需要做更深入的研究。

1.2 換流站接地網(wǎng)的安全性

隨著電力事業(yè)的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)中對接地裝置的要求越來越嚴格。然而由于接地網(wǎng)設(shè)計考慮不全面、施工不精細、測試不準確等原因，近年來，發(fā)生了多起地網(wǎng)引起的事故。構(gòu)成接地網(wǎng)的導(dǎo)體埋在地下，常因施工時焊接不良及漏焊、土壤的腐蝕、接地短路電流電動力作用等原因，導(dǎo)致地網(wǎng)導(dǎo)體及接地引線的腐蝕，甚至斷裂，使地網(wǎng)的電氣連接性能變壞、接地電阻增高［1］。據(jù)相關(guān)報道［2］，在地網(wǎng)檢查的過程中發(fā)現(xiàn)，一般接地網(wǎng)使用壽命10年，有的甚至3年～4年就已經(jīng)被銹蝕的非常嚴重，因此研究接地網(wǎng)的施工及后期運行和維護是非常重要和必要的。

1.3 換流站接地網(wǎng)施工要求

當換流站系統(tǒng)短路故障時入地電流很大，在地網(wǎng)中將產(chǎn)生很高的電位。地網(wǎng)的高電位可以以多種方式危害人身及設(shè)備安全。根據(jù)某換流站的特點，特別進行了如下工作:

1)交流側(cè)短路電流計算結(jié)果見表1。

表1 換流站交流母線遠景年(2020)最大短路電流計算結(jié)果 kA

2)500 kV串中、母線通流容量計算:3/2串中開關(guān)按穿越功率3200 MW、額定電流按4000 A考慮。500 kV母線穿越功率按4500 MW、額定電流按5500 A考慮。

3)直流最大短路電流的計算結(jié)果見表2。

表2 直流側(cè)短路電流計算結(jié)果

1.4 換流站接地網(wǎng)腐蝕

根據(jù)電力預(yù)防性試驗規(guī)程中要求，電力變壓器運行中鐵芯接地電流一般不大于0.1 A，而換流站實際運行中接地電流會達到變壓器運行電流的數(shù)十倍以上，常年站內(nèi)大電流的運行，會加速接地網(wǎng)的腐蝕，對站內(nèi)接地網(wǎng)陰極保護的重要性提出了更高的要求。

相對一般交流變電站(所)，直流系統(tǒng)控制保護裝置對接地要求方面也相對較高。在進行設(shè)計時應(yīng)該考慮如下內(nèi)容［3］:

1)直流換流站接地網(wǎng)設(shè)計必須考慮雙極平衡運行而將換流站接地網(wǎng)作為臨時極運行方式下對接地網(wǎng)的額外要求。2)直流換流站接地網(wǎng)設(shè)計需特別關(guān)注高頻暫態(tài)電流。

2 換流站接地網(wǎng)施工工藝及工程實際狀況備案

根據(jù)GB 50169-2006電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規(guī)范規(guī)定:一般在地表下0.15 m～0.5 m處，是處于土壤干濕交界的地方，接地導(dǎo)體易受腐蝕，因此規(guī)定埋深不應(yīng)小于0.6 m(本站為0.8 m)，并且接地網(wǎng)的引出線在通過地表下0.6 m引至地面外的一段需做防腐處理，以延長壽命。

本站主接地系統(tǒng)主要由水平接地網(wǎng)和邊角處的垂直接地體構(gòu)成，水平接地網(wǎng)敷設(shè)深度不得小于－0.8 m，在換流站四周邊角處加打了16根直徑為24 cm，長為6 m的垂直接地體，以改善接觸電勢和跨步電壓。

水平接地網(wǎng)施工過程中，采用全過程監(jiān)督并詳細繪制、留存各接頭點圖譜資料(見圖1)，在后期運維過程中便于查找故障原因及分析。

圖1 站內(nèi)第二大組交流濾波器水平接地網(wǎng)焊接點布置圖

陰極保護在防止地下金屬被土壤腐蝕的方法中被認為是最為有效的方法，它的基本原理就是通過積極干預(yù)腐蝕反應(yīng)，從根本上阻止電化學(xué)腐蝕的發(fā)生，從而達到保護陰極的目的。陰極保護可通過兩種方法實現(xiàn):犧牲陽極法和外加電流法。

犧牲陽極法簡單并且易于操作，維護要求較低。它的方法就是在需要保護的接地網(wǎng)上連接更容易腐蝕、更活潑的金屬或合金，利用陽極被腐蝕，從而使接地網(wǎng)得到保護。

外加電流法則是通過外加直流電源，將電源負極與需要保護的金屬相連接，使被保護金屬成為陰極而防止金屬腐蝕。

本站采用的陰極保護法是犧牲陽極法，鎂合金為陽極。保護設(shè)計年限為35年，采用126支鎂合金防腐降阻組件，每支約為126 kg，安裝距離為距地網(wǎng)扁鋼0.3 m～0.5 m遠，距離地面1 m～1.2 m深，其引出電纜用放熱焊接法水平焊接在地網(wǎng)，并在組件周圍填充導(dǎo)電性能良好的填充料，引線焊點應(yīng)做絕緣處理。

陰極保護施工過程中，采用全過程監(jiān)督并詳細繪制、留存各接頭點圖譜資料(見圖2)，在后期運維過程中便于查找故障原因及分析。

圖2 站內(nèi)第二大組交流濾波器陰極保護布置圖

3 接地網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的運行和維護

在接地裝置正常運行的過程中，在外力或者是腐蝕的作用下接地線和接地體可能會損傷或斷裂，同時，接地電阻也會受到土壤電阻率的影響，當土壤電阻率改變時接地電阻也會發(fā)生變化。因此，定期進行接地裝置的檢查和試驗是十分必要的［4］。

接地裝置的檢查用現(xiàn)有的方法較為繁瑣，對接地網(wǎng)的整體性有一定的影響，并且無法做到任意時間的不間斷監(jiān)測。在計算機技術(shù)和信號處理技術(shù)日趨成熟的今天，已經(jīng)開始研究綜合運用信號處理技術(shù)、人工智能及計算機技術(shù)，與接地網(wǎng)運維中的接地技術(shù)、腐蝕監(jiān)測技術(shù)相結(jié)合。將恒電位檢測技術(shù)與信號處理、人工智能方法及其先進的檢測手段相結(jié)合，通過測量接地裝置，解析所獲得的參數(shù)，利用適當?shù)挠嬎惴椒?，可以較為準確的分析計算出接地裝置的腐蝕狀態(tài)及其相應(yīng)的接地參數(shù)。通過計算機模擬和運算，設(shè)計了計算機集數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測分析軟硬件為一體的接地裝置智能監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)對接地裝置的腐蝕狀況能夠進行快速的檢測，準確反饋接地參數(shù)的變化，并能在任何時刻反饋接地裝置被腐蝕狀況和接地參數(shù)，為換流站接地網(wǎng)的運行和維護提供了更簡單有效的方式［5］。

［1］郭建偉.變電站接地網(wǎng)研究及故障診斷分析［D］.上海：上海交通大學(xué)，2008.

［2］盧 剛，耿風慧，丁 銳，等.變電站接地網(wǎng)的“陰極保護”防腐技術(shù)［J］.供用電，2001(5)：61-62.

［3］張先偉.高壓直流換流站接地設(shè)計應(yīng)該注意的幾個問題［J］.華中電力，2010(3)：48-49.

［4］洪海濤，彭敏放，劉聰利，等.一種新的接地網(wǎng)智能監(jiān)測系統(tǒng)［J］.電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報，2008(3)：36-37.

［5］王光榮.接地網(wǎng)智能監(jiān)測系統(tǒng)的研究［D］.長沙：湖南大學(xué)，2007.