±800kV雅中換流站接地極工程選址及設計研究

王婷婷 梁明 魏德軍

摘要：根據接地極選址及設計條件，雅中換流站衛城極址場地自身條件較好，同時由接地極對周邊設施的影響研究可知，周圍設施不影響極址成立，該極址的選擇突破了國網企標《高壓直流輸電大地返回運行系統設計技術規程》中接地極距換流站30 km及以上的要求，為接地極選址拓寬了思路。

關鍵詞：接地極;極址選擇;設施影響

0 引言

高壓直流接地極是直流輸電工程中必不可少的重要設施，它擔負著導引入地電流及不平衡電流、鉗制換流閥中性點電位和避免兩極對地電壓不平衡而損害設備的重任。

接地極選址及設計需滿足以下基本條件[1-2]：

（1）極址需滿足相關標準、導則、規程及系統條件的要求和可靠性要求，通過多方案技術經濟比較，擇優選擇，做到安全可靠、經濟合理，且對周圍設施影響小;

（2）極址開闊，選擇具有土壤電阻率低、導電性能好的散流區;

（3）極址處土壤含有足夠的水分，導熱性能好，熱容率高;

（4）極址區域地面平坦、穩定，不會被洪水沖刷;

（5）極址與換流站有一定距離，但也不宜過遠，接地極線路走線方便并盡量短;

（6）極址與具有接地系統的交流變電站、輸電線路、地下金屬管道、油庫、氣田、鎧裝埋地光（電）纜、鐵路及其他大型地下設施等保持足夠距離;

（7）極址處房屋密度小，盡量遠離城市和人口稠密的鄉鎮;

（8）交通方便，施工和運行維護方便。

上述選址要求決定了接地極極址資源有限，選址與設計較困難。

1 雅中換流站接地極選址

根據系統規劃資料，雅中—江西±800 kV特高壓直流輸電工程采用單回架設方式建設，接地極按一回直流系統單獨使用設計，額定電流為6 250 A，2 h最大過負荷電流為6 710 A，不平衡電流為10 A，額定持續運行時間30 d，運行壽命60 a，接地極腐蝕壽命56.4×106 Ah，最高允許溫度為81.37 ℃。

±800 kV雅中換流站站址位于四川省涼山州鹽源縣，東南距鹽源縣約12.5 km，東北距西昌市約85 km。換流站周圍約200 km區域屬大涼山、攀西、滇西北山區，山區土壤電阻率普遍偏高，且土層不均勻，所以極址資源極少。

在換流站周圍約150 km區域范圍內，比選出14個可能極址點，經初步技術、經濟比較，綜合協議及其他相關意見、要求，初步確定了位于四川省涼山州鹽源縣衛城鎮的衛城極址。

衛城距雅中換流站直線距離20 km，對應接地極線路長約22.5 km。

2 衛城極址

關于接地極極址比較，主要從自身條件、對周圍設施影響以及當地政府及相關部門意見3個方面進行研究。

2.1? ? 自身條件

衛城極址區域場地地貌單元屬河流階地，地形開闊平坦，地表高程約2 440～2 450 m，淺層土壤電阻率較低（目前數據低于100 Ω），深層土壤電阻率低（低于50 Ω），地下水位較高（0.90～2.80 m），主要種植蘋果樹、大櫻桃樹等，極址北側有河流經過，東側有水庫，南側為山地，四周房屋較多。整個場地東西向長約1.2 km，南北向寬約0.6 km。

2.2? ? 對周圍設施影響情況研究

衛城極址距換流站僅20 km，不滿足國網企標《高壓直流輸電大地返回運行系統設計技術規程》（Q/GDW 11667—2017）中接地極距換流站30 km及以上的要求，但如果衛城接地極對雅中換流站、周圍變電站、輸電線路、管道、通信線路、地磁臺等設施的影響研究結論為無影響，或有影響但影響程度在可接受范圍，治理措施代價也可接受，那么衛城極址就是成立的。

衛城極址周圍有±800 kV換流站（擬建）、500 kV變電站、220 kV變電站、110 kV變電站、±800 kV直流線路（擬建）、500 kV輸電線路、220 kV輸電線路、110 kV輸電線路及鹽源衛城地震臺（地磁臺）。

2.2.1? ? 對變電站影響及防護措施

根據規定，評估直流接地極對附近變電站直流偏磁的影響時，應考慮的交流電網范圍至少應包括地電位升大于3 V的區域。

在實測土壤模型下，計算衛城極址附近100 km范圍內的地表電位分布，由于土壤電阻率較低，距離接地極6.87 km處的地表電位就降至3 V以下。

電網建模時將極址周圍50 km范圍內全部接地的110 kV/

220 kV/500 kV換流站、電廠及與其直接有電氣連接的變電站、電廠均納入計算范圍之中，其涵蓋范圍遠大于3 V區域。

由于變壓器偏磁的耐受能力標準目前尚未統一，暫時參考以往工程經驗，當偏磁電流超過表1中的數值時，認為偏磁電流超標。

在實測土壤模型下，計算衛城接極周邊變壓器直流偏磁電流，根據計算結果，只有500 kV鹽源變（-14.37 A）超限制，根據偏磁治理原則，500 kV鹽源站面臨直流偏磁風險，需要進行直流偏磁風險治理。治理方案為在變壓器中性點加入串容隔直措施。而對雅中換流站不存在偏磁影響。

2.2.2? ? 對輸電線路影響及防護措施

接地極對桿塔接地裝置的腐蝕量是衡量對輸電線路影響的重要指標。

經對桿塔接地體的腐蝕量計算，受影響腐蝕較嚴重的為500 kV鹽二線（同塔雙回）部分桿塔接地裝置，經計算腐蝕不明顯，出于安全考慮，對特別接近的桿塔可按采取加裝陽極的措施考慮。

2.2.3? ? 地磁臺的影響

衛城極址距鹽源衛城地震臺（地磁臺）間距約1.5 km，不滿足國家標準《地震臺站觀測環境技術要求 第2部分：電磁觀測》（GB/T 19531.2-2004）第5.3.3條的要求（即0.2倍不平衡電流，本工程不平衡電流為10 A，則防護間距為2 km）。

經與四川省地震局協商，對方要求首先應盡量遠離，以滿足間距要求，若確實無法遠離，可采取搬遷該臺的措施。

極址周圍50 km范圍內無其他油氣管道、鐵路、埋地電纜等相關設施。

2.3? ? 接地極本體設計及技術指標

2.3.1? ? 極環布置方案比較

根據極址區域地形、地貌、地物、河流、道路、水文條件、相關設施等情況，本工程擬定了雙環圓形、雙環短跑道形、雙環長跑道形3個極環布置方案。

經比較，雙環短跑道形方案極環埋深、焦炭邊長尺寸適中，饋電棒、焦炭用量相對較小，基槽開挖難度較小、涉及面積相對較小，節省投資，故極環布置方案推薦采用雙環短跑道形。

2.3.2? ? 電極材料

由于本工程額定電流較大，接地極的腐蝕壽命要求高。根據設計規程并參照以往工程經驗，電極材料推薦采用抗電解腐蝕性能良好、施工方便且具有工程應用經驗的高硅鉻鐵。

為增加饋電元件的表面積，降低電極與土壤交界面處的電流密度和接地電阻，同時降低對饋電元件的腐蝕作用，通常在饋電元件周圍填充活性材料，本工程填充材料推薦采用用高溫煅燒的石油焦炭。

2.3.3? ? 導流系統

為盡量減小接地極對周圍環境的影響，本工程導流系統推薦采用地下電纜方式。

2.4? ? 協議情況

衛城極址協議取得了當地政府及相關部門的同意。

3 結語

衛城極址距換流站僅20 km，經勘探和技術研究，衛城極址自身條件較好，接地極本體設計方案成立。接地極對雅中換流站無影響，對周圍其他設施的影響程度在可接受范圍內，且治理措施代價可接受，衛城極址協議取得了當地政府及相關部門的同意，衛城極址選擇是可行的。衛城極址的選擇突破了國網企標《高壓直流輸電大地返回運行系統設計技術規程》中接地極距換流站30 km及以上的要求，為接地極選址拓寬了思路。

[參考文獻]

[1] 高壓直流輸電大地返回運行系統設計技術規定：Q/GDW 11667-2017[S].

[2] 郭劍.直流接地極對電氣化鐵路的電磁影響[J].高電壓技術，2013，39（1）：241-250.