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(dāng)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(hù)全部作標(biāo)識、繪制定位圖等。達(dá)到了控制隱蔽工程質(zhì)量的目的，也為今后的運行維護(hù)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(hù)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(yán)格。然而由于接地網(wǎng)設(shè)計考慮不全面、施工不精細(xì)、測試不準(zhǔn)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(yán)重，因此研究接地網(wǎng)的施工及后期運行和維護(hù)是非常重要和必要的。

1.3 換流站接地網(wǎng)施工要求

當(dāng)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(jìn)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(yuǎn)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(dá)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(hù)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(hù)裝置對接地要求方面也相對較高。在進(jìn)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(xì)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(hù)在防止地下金屬被土壤腐蝕的方法中被認(rèn)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(dá)到保護(hù)陰極的目的。陰極保護(hù)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(hù)要求較低。它的方法就是在需要保護(hù)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(hù)。

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

本站采用的陰極保護(hù)法是犧牲陽極法，鎂合金為陽極。保護(hù)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(yuǎn)，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(hù)施工過程中，采用全過程監(jiān)督并詳細(xì)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(hù)布置圖

3 接地網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的運行和維護(hù)

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(dāng)土壤電阻率改變時接地電阻也會發(fā)生變化。因此，定期進(jìn)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(jìn)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(dāng)?shù)挠嬎惴椒?，可以較為準(zhǔn)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(jìn)行快速的檢測，準(zhǔn)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(hù)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(fēng)慧，丁 銳，等.變電站接地網(wǎng)的“陰極保護(hù)”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.