特高壓直流輸電系統接地極線路絕緣基礎施工運維技術研究

陶留海 曹東升 楊朝鋒 張建輝 王美蘭 高 嵩

（1.國網河南省電力公司檢修公司，河南 鄭州 450052；2.河南電力博大科技有限公司，河南 鄭州 450051）

2014年1月27日，目前世界上輸送容量最大、輸電距離最遠的直流工程——哈密南—鄭州±800kV特高壓直流輸電工程投運。哈鄭工程是國家實施“疆電外送”的首個特高壓輸電項目，是世界上首個±800kV/800萬kW的直流輸電工程，也是大型火電、風電基地電力打捆送出的首個特高壓工程，具有重大戰略意義、創新意義。本文在±800kV哈密-鄭州直流特高壓輸電線路接地極線路絕緣基礎施工經驗的基礎上，對±800kV特高壓直流輸電線路接地極線路絕緣基礎工程施工、驗收、運行檢查進行探討并提出建議，以期為今后±800kV接地極線路工程建設運維提供參考。

1 直流接地極線路絕緣基礎

1.1 直流接地極線路

直流輸電接地極引線接在換流站直流電壓中性點與接地極之間的線路，通稱接地極線路。接地極線路可采用架空線路，也可采用電纜線路。由于接地極線路一般長約十至數十公里，所以多數工程采用架空線路。在直流系統以大地回流方式運行時，流過接地極線路上的電流等于極線路上的電流。因此接地極線路導線總截面應與極導線截面一樣，但對于雙極直流系統，考慮到以大地回流方式運行時間較短，因而一般按熱穩定要求選擇接地極線路導線截面。接地極線路桿塔可根據機械負荷選擇水泥桿或木桿、鐵塔，導線分兩組對稱地布置在桿塔兩側。由于接地極線路導線總截面較大，因而對于平地或小丘陵地形，當機械負荷允許時，線路桿塔可用水泥桿或木桿；在山區，當桿塔機械負荷較大時宜選用鐵塔。當采用鐵塔時，在接地極附近一定范圍內，必須使鐵塔基座與地絕緣，防止塔腳電腐蝕。接地極線路上電壓主要是電流產生的壓降，因而靠近換流站端最高，靠近接地極最低，最高電壓一般也只有數千伏。按絕緣要求，可用一片絕緣子，但考慮到可能出現零值絕緣子，一般采用兩片以上直流絕緣子。由于接地極線路絕緣強度很低，因而很容易遭受雷擊,并且雷擊后續流難以熄滅，容易造成絕緣子燒壞而發生掉線。因此在絕緣子兩端應加裝招弧角，以保護絕緣子。

1.2 基礎電腐蝕原理

接地極線路正常運行時，只會有不平衡電流通過接地極，但是當輸電線路一極導線發生故障，另一極導線則會利用接地極作為回路，以保證輸電線路的繼續運行。在陸地環境下，接地極的入地電流通過土壤中的電解溶液導電，使得接地極附近地下金屬構件可能產生電腐蝕現象。

產生電腐蝕主要是因為地下金屬構件為地電流傳導提供了比周圍土壤更強的導電特性。由于地下金屬構件的集流效應，地下金屬構件一部分匯集了地中電流，使得構件上的電流密度更大，構件的另一部分又將電流釋放到土壤中，這個過程會對金屬構件形成電腐蝕。

1.3 絕緣基礎設計要求

（1）電力行業標準DL/T5224《高壓直流輸電大地返回運行系統設計技術規定》，對靠近接地極約2 km以內的桿塔，基礎對地和桿塔對基礎應絕緣。在斷開接地引下線情況，鐵塔絕緣電阻宜大于500Ω。

（2）國家電網公司企業標準Q/GDW229-2008《±800kV直流輸電系統架空接地極線路施工及驗收規范》第3.0.7條規定：“對距接地極饋電系統外環2km 以內的接地極線路鐵塔和接地極址內導流系統架空線路的鐵塔，其基礎對地和鐵塔對基礎均應按設計要求進行防腐絕緣處理。”

表1 環氧玻璃布層壓板參數

表2 檢測項目與周期

圖3

（3）鄭州800kV換流站至陳家接地極線路工程設計總說明要求：N120～N128塔基礎采用絕緣處理。施工圖設計要求基礎整體（包括基礎底板下平面）用玻璃纖維布包裹三層，每層涂瀝青一次，共四次，使基礎與外界絕緣。

圖1為基礎絕緣處理技術措施示意圖，所有需進行絕緣處理的基礎均按照此圖施工。進行絕緣處理的基礎地腳螺栓采用熱鍍鋅防腐，對需要火曲的地腳螺栓，應先火曲，再熱鍍鋅。進行絕緣處理的基礎不可采用混凝土澆筑地腳螺栓保護帽，為防盜起見，可將地腳螺栓螺帽與螺桿焊接為一體，并在地腳螺栓外側密實涂抹環氧樹脂涂層以利防腐，如圖1所示。

2 絕緣基礎原材料要求

2.1 原材料及器材規定

接地極線路工程使用的原材料及器材必須符合下列規定：

（1）有該產品出廠質量檢驗合格證書；

（2）有符合國家標準的各項質量檢驗資料。材料出廠報告應完整，齊全，材料的型號及規格應符合設計要求。不同批的材料到達現場后應進行檢驗，并分別儲存，且應做好明顯批次標志；

（3）對砂、石等無質量檢驗資料的原材料，應抽樣并經有檢驗資格的單位進行檢驗，合格后方可采用；

（4）對產品檢驗結果有疑義時，應重新抽樣，并經有資格的檢驗單位檢驗，合格后方可采用。

2.2 接地極絕緣基礎主要的原材料

接地極線路工程使用的原材料及器材必須符合下列規定：

（1）絕緣玻璃纖維布

絕緣處理的基布釆用無堿玻璃纖維布，堿金屬氧化物含量應不大于0.8%，如EW200。

（2）硬質絕緣板

選用環氧玻璃布層壓板，其主要技術參數，見表1。

（3）瀝青涂料

無具體規格要求，選用防水性好、耐久性好的改性瀝青。

3 絕緣基礎施工技術方法

特高壓接地極線路的鐵塔基礎包括基礎墊層及放置于該基礎墊層上的基礎主體，在該基礎主體的上部預埋有地腳螺栓，該地腳螺栓的上部從基礎主體的頂面豎直向上伸出，在基礎主體的表面上由內至外依次包覆有第一瀝青膠層和第一玻璃纖維布層，然后在基礎墊層與基礎主體的配合面上由內至外依次包覆有第二瀝青膠層和第二玻璃纖維布層。基礎表面通過瀝青膠層和玻璃纖維布層絕緣，滿足了特高壓接地極線路的安全運行要求，保證了特高壓接地極線路的可靠性；而且，采用瀝青膠和玻璃纖維布作為絕緣材料，造價低，施工簡便，環境污染小，絕緣效果好。

3.1 基礎對地絕緣施工方法

特高壓接地極線路的鐵塔絕緣基礎主要包括基礎墊層和放置于該基礎墊層上的基礎主體，在該基礎主體的上部預埋有地腳螺栓，該地腳螺栓的上部從基礎主體的頂面豎直向上伸出，在基礎主體的表面上由內至外依次包覆有第一瀝青膠層和第一玻璃纖維布層，在凝固后由內至外依次包覆有第二瀝青膠層和第二玻璃纖維布層。表面通過瀝青膠層和玻璃纖維布層絕緣，滿足了特高壓接地極線路的安全運行要求，保證了特高壓接地極線路的可靠性。采用瀝青膠和玻璃纖維布作為絕緣材料，造價低，施工簡便，環境污染小，絕緣效果好。

3.2 鐵塔與基礎絕緣施工方法

為保證鐵塔與基礎絕緣，對所有需要做絕緣的基礎塔座板處做如下處理：

（1）每個塔腿塔座板與基礎立柱頂面間加一塊玻璃鋼絕緣板，厚度5mm，其大小及開孔尺寸應與相應的塔座板保持一致。同時此板的抗壓強度不小于14N/mm2。

（2）每個塔腿塔座板與螺栓墊片間加一塊玻璃鋼絕緣墊片，此墊片的厚度為5mm，其大小尺寸應與相應的螺栓墊片一致，開孔直徑應與相應的塔座板尺寸一致，同時此板的抗壓強度不小于100 N/mm2。

（3）為防止鐵塔塔座板與地腳螺栓接觸，在地腳螺栓外套一玻璃鋼護套，該玻璃鋼護套位于基礎立柱頂面與螺栓墊片之間，并需保證能有效隔斷塔座板與地腳螺栓之間的接觸；塔座板孔壁內側及地腳螺栓外側需涂絕緣漆加強絕緣效果。該玻璃鋼護套的抗壓強度不小100N/mm2。

3.3 施工注意事項

現場施工時應注意以下事項，以嚴格控制施工質量，保證完工后基礎絕緣性能。

（1）施工時應保持鞋底干凈。

（2）對于坑壁地土質松軟的基礎，應對坑壁進行加固，以防泥土坍塌，影響施工質量。

（3）施工時保護玻璃纖維布接頭干燥，不準帶入空氣，防止接頭處出現縫隙。

（4）保證刷瀝青膠均勻、不露底、不反復涂刷。鋪貼時要按橫向順序用力滾壓，排出殘存空氣，防止玻璃纖維布出現空鼓現象。

4 特高壓直流輸電線路接地極線路絕緣基礎的質量檢驗標準和方法

接地極線路絕緣基礎的質量關系著接地極線路能否長期安全可靠的運行，國家電網公司在標準Q/GDW229-2008《±800kV直流輸電系統架空接地極線路施工及驗收規范》中對特高壓直流輸電線路接地極線路絕緣基礎的質量檢驗標準及方法做了如下規定。

4.1 基礎防腐絕緣施工標準

（1）第7.2.1條 鐵塔基礎防腐絕緣施工應符合下列規定：

a 按設計要求，制定基礎防腐絕緣施工技術方案；

b防腐絕緣產品的質量和技術要求應符合有關標準的要求并滿足設計文件規定；

c 基礎的底面和各側面的防腐絕緣施工應嚴格按設計規定進行。

（2）第7.2.2條 防腐絕緣施工完成后應及時測量基礎對地的接觸電阻，并符合設計要求。

4.2 鐵塔防腐絕緣施工標準

（1）第8.3.1條 鐵塔與基礎間防腐絕緣施工應符合下列規定：

a按設計要求，制定鐵塔與基礎間防腐絕緣施工技術方案；

b防腐絕緣產品的質量和技術要求應符合有關標準的要求并滿足設計文件規定；

c在基礎頂面和塔腳板之間墊環氧樹脂墊片或其它絕緣材料時，應確保其規格和尺寸滿足設計規定。

（2）第8.3.2條 當鐵塔和基礎的防腐絕緣均施工完畢后，按第11.0.6條規定的要求澆筑基礎保護帽。

（3）第8.3.3條 防腐絕緣施工完成后應及時測量接觸電阻，并符合設計要求。為了防止直流大地回流對鐵塔的腐蝕，需要將接地極附近的鐵塔和基礎之間進行防腐絕緣處理，不使其在鐵塔上形成環流，因此本條規定按設計要求采取措施，確保鐵塔和基礎之間接觸電阻滿足設計要求。當設計無要求時，在斷開接地引下線情況下，接地裝置與鐵塔的接觸電阻宜大于500Ω。

（4）第11.0.6條 絕緣材料保護帽的絕緣材料配合比應符合制造廠的技術規定，防腐絕緣施工應符合設計的要求。

5 基礎對地絕緣電阻的測量方法

絕緣電阻指被試品施加的直流電壓U與此時流過被試品泄漏電流Ig的比值，即R=U/Ig。基礎對地絕緣電阻反映接地極線路絕緣基礎與大地之間的絕緣程度，相關標準規定該值不得小于500Ω。

實際工作中，一般采用以下方法測量基礎對地絕緣電阻：

（1）使用萬用表的歐姆檔；

（2）萬用表一端連接在地腳螺栓上，另一端連接在地面上，測量出電阻即為基礎對地的接觸電阻，如圖3所示。

測量中需要注意以下問題：

a絕緣電阻值受溫度影響較大，當溫度升高時，絕緣介質中的極化加劇，電導增加，致使絕緣電阻值降低，因此，熱狀態下測得絕緣電阻值比冷狀態下要低。

b當試品溫度低于周圍空氣的“露點”溫度時，潮氣將在絕緣基礎表面結露，形成水膜，從而增加絕緣基礎表面泄漏，導致絕緣電阻值降低。

6 接地極線路絕緣基礎相關運行檢修規程規定

接地極線路運行維護單位應定期對接地極線路進行維護和檢查，維護檢查的項目和周期與該系統的直流輸電線路相同。

DL/T251-2012《±800kV直流架空輸電線路檢修規程》中第11.2.7條規定，應定期對接地極線路進行維護和檢查，維護檢查的項目及周期與該系統的直流輸電線路相同。

7 接地極線路絕緣基礎運行維護建議

7.1 強化巡視檢查工作

運行維護單位需要強化接地極線路絕緣基礎的巡視檢查工作，重點檢查地腳螺栓有無松動，螺栓墊片及玻璃鋼墊片有無松動及破損情況。如有松動，要及時緊固；如有破損，要及時更換。

7.2 加強測量監測工作

基礎對地絕緣電阻值是接地極線路絕緣基礎運行維護中的重要參數，需要加強對該參數值的測量監測工作。當該值不滿足標準要求，即當其小于500 Ω時，說明基礎對地絕緣受到破壞，需要及時處理。

結語

特高壓直流輸電系統架空接地極線路絕緣基礎是一個較為復雜的問題，是預防基礎電腐蝕的重要措施，運行檢修的經驗還不足。做好接地極線路絕緣基礎的施工運行檢修工作需要由科研、設計、制造、施工、運行等單位共同努力，只有認真分析研究，注重細節，制定有效對策，采取綜合治理的方式，不斷進行專項改進治理，才能達到較好的效果。

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[4]中華人民共和國國家發展和改革委員會.DL/T 5224-2005，高壓直流輸電大地返回運行系統設計技術規定[S].