±800kV雅中換流站接地極工程選址及設(shè)計研究

王婷婷 梁明 魏德軍

摘要：根據(jù)接地極選址及設(shè)計條件，雅中換流站衛(wèi)城極址場地自身條件較好，同時由接地極對周邊設(shè)施的影響研究可知，周圍設(shè)施不影響極址成立，該極址的選擇突破了國網(wǎng)企標(biāo)《高壓直流輸電大地返回運行系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)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(guān)鍵詞：接地極;極址選擇;設(shè)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(shè)施，它擔(dān)負(fù)著導(dǎo)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(shè)備的重任。

接地極選址及設(shè)計需滿足以下基本條件[1-2]：

（1）極址需滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、導(dǎo)則、規(guī)程及系統(tǒng)條件的要求和可靠性要求，通過多方案技術(shù)經(jīng)濟比較，擇優(yōu)選擇，做到安全可靠、經(jīng)濟合理，且對周圍設(shè)施影響小;

（2）極址開闊，選擇具有土壤電阻率低、導(dǎo)電性能好的散流區(qū);

（3）極址處土壤含有足夠的水分，導(dǎo)熱性能好，熱容率高;

（4）極址區(qū)域地面平坦、穩(wěn)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(tǒng)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(shè)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(xiāng)鎮(zhèn);

（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(shè)計較困難。

1 雅中換流站接地極選址

根據(jù)系統(tǒng)規(guī)劃資料，雅中—江西±800 kV特高壓直流輸電工程采用單回架設(shè)方式建設(shè)，接地極按一回直流系統(tǒng)單獨使用設(shè)計，額定電流為6 250 A，2 h最大過負(fù)荷電流為6 710 A，不平衡電流為10 A，額定持續(xù)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(qū)域?qū)俅鬀錾?、攀西、滇西北山區(qū)，山區(qū)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(qū)域范圍內(nèi)，比選出14個可能極址點，經(jīng)初步技術(shù)、經(jīng)濟比較，綜合協(xié)議及其他相關(guān)意見、要求，初步確定了位于四川省涼山州鹽源縣衛(wèi)城鎮(zhèn)的衛(wèi)城極址。

衛(wèi)城距雅中換流站直線距離20 km，對應(yīng)接地極線路長約22.5 km。

2 衛(wèi)城極址

關(guān)于接地極極址比較，主要從自身條件、對周圍設(shè)施影響以及當(dāng)?shù)卣跋嚓P(guān)部門意見3個方面進行研究。

2.1? ? 自身條件

衛(wèi)城極址區(qū)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(shù)據(jù)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(cè)有河流經(jīng)過，東側(cè)有水庫，南側(cè)為山地，四周房屋較多。整個場地東西向長約1.2 km，南北向?qū)捈s0.6 km。

2.2? ? 對周圍設(shè)施影響情況研究

衛(wèi)城極址距換流站僅20 km，不滿足國網(wǎng)企標(biāo)《高壓直流輸電大地返回運行系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)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(wèi)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(shè)施的影響研究結(jié)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(wèi)城極址就是成立的。

衛(wèi)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(wèi)城地震臺（地磁臺）。

2.2.1? ? 對變電站影響及防護措施

根據(jù)規(guī)定，評估直流接地極對附近變電站直流偏磁的影響時，應(yīng)考慮的交流電網(wǎng)范圍至少應(yīng)包括地電位升大于3 V的區(qū)域。

在實測土壤模型下，計算衛(wèi)城極址附近100 km范圍內(nèi)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(wǎng)建模時將極址周圍50 km范圍內(nèi)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(qū)域。

由于變壓器偏磁的耐受能力標(biāo)準(zhǔn)目前尚未統(tǒng)一，暫時參考以往工程經(jīng)驗，當(dāng)偏磁電流超過表1中的數(shù)值時，認(rèn)為偏磁電流超標(biāo)。

在實測土壤模型下，計算衛(wèi)城接極周邊變壓器直流偏磁電流，根據(jù)計算結(jié)果，只有500 kV鹽源變（-14.37 A）超限制，根據(jù)偏磁治理原則，500 kV鹽源站面臨直流偏磁風(fēng)險，需要進行直流偏磁風(fēng)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(biāo)。

經(jīng)對桿塔接地體的腐蝕量計算，受影響腐蝕較嚴(yán)重的為500 kV鹽二線（同塔雙回）部分桿塔接地裝置，經(jīng)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(wèi)城極址距鹽源衛(wèi)城地震臺（地磁臺）間距約1.5 km，不滿足國家標(biāo)準(zhǔn)《地震臺站觀測環(huán)境技術(shù)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(jīng)與四川省地震局協(xié)商，對方要求首先應(yīng)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(nèi)無其他油氣管道、鐵路、埋地電纜等相關(guān)設(shè)施。

2.3? ? 接地極本體設(shè)計及技術(shù)指標(biāo)

2.3.1? ? 極環(huán)布置方案比較

根據(jù)極址區(qū)域地形、地貌、地物、河流、道路、水文條件、相關(guān)設(shè)施等情況，本工程擬定了雙環(huán)圓形、雙環(huán)短跑道形、雙環(huán)長跑道形3個極環(huán)布置方案。

經(jīng)比較，雙環(huán)短跑道形方案極環(huán)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(jié)省投資，故極環(huán)布置方案推薦采用雙環(huán)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(jù)設(shè)計規(guī)程并參照以往工程經(jīng)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(yīng)用經(jīng)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(dǎo)流系統(tǒng)

為盡量減小接地極對周圍環(huán)境的影響，本工程導(dǎo)流系統(tǒng)推薦采用地下電纜方式。

2.4? ? 協(xié)議情況

衛(wèi)城極址協(xié)議取得了當(dāng)?shù)卣跋嚓P(guān)部門的同意。

3 結(jié)語

衛(wèi)城極址距換流站僅20 km，經(jīng)勘探和技術(shù)研究，衛(wèi)城極址自身條件較好，接地極本體設(shè)計方案成立。接地極對雅中換流站無影響，對周圍其他設(shè)施的影響程度在可接受范圍內(nèi)，且治理措施代價可接受，衛(wèi)城極址協(xié)議取得了當(dāng)?shù)卣跋嚓P(guān)部門的同意，衛(wèi)城極址選擇是可行的。衛(wèi)城極址的選擇突破了國網(wǎng)企標(biāo)《高壓直流輸電大地返回運行系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)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(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)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(shù)，2013，39（1）：241-250.