特高壓直流輸電接地極中預(yù)制艙方案的應(yīng)用設(shè)計

李雪城，吳俊輝，陸朝陽，劉廣州

（常州博瑞電力自動化設(shè)備有限公司，江蘇 常州 213025）

0 引 言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和國民生活水平的不斷提高，用電需求持續(xù)增加。我國因特有的負(fù)荷中心和能源資源的逆向分布，導(dǎo)致電力供給與需求之間存在嚴(yán)重的不平衡，由此提出了“西電東送”等一系列調(diào)節(jié)區(qū)域資源負(fù)荷不平衡的政策措施。而特高壓直流輸電技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、穩(wěn)定、低損耗的電能傳輸，滿足能源中心與負(fù)荷中心跨多區(qū)域的點(diǎn)對點(diǎn)高效傳輸[1]。

接地極是特高壓直流輸電系統(tǒng)的重要組成部分，在系統(tǒng)中起到鉗制中性點(diǎn)零電位的作用，在單極大地回路運(yùn)行方式中為直流運(yùn)行電流提供通路[2]。接地極的特性決定了它的選址通常在離人群較遠(yuǎn)的偏遠(yuǎn)地方，距離換流站幾十千米。在極址的建設(shè)過程中，為了節(jié)省占地面積、縮短施工周期，需要采取非常經(jīng)濟(jì)高效的建設(shè)模式。預(yù)制艙技術(shù)具有占地少、造價省、效率高特點(diǎn)，恰好可以滿足要求。國家電網(wǎng)有限公司（簡稱國網(wǎng)）的運(yùn)維檢修部在2016 年開始啟動一些老站接地極預(yù)制艙試點(diǎn)，并且從2017 年起，國網(wǎng)直流建設(shè)部在新建接地極站主要采用預(yù)制艙方案[3-5]。

1 接地極預(yù)制艙技術(shù)方案設(shè)計

特高壓直流輸電接地極一般都是無人值守站，需要對紅外測溫、入地電流、視頻監(jiān)控、電子圍欄安防報警及設(shè)備報警等信息進(jìn)行采集、監(jiān)測、傳輸。接地極預(yù)制艙內(nèi)需布置站用變壓器、進(jìn)/出線開關(guān)柜、直流電源柜、交流配電柜、合并單元柜、通信柜及在線監(jiān)測柜等主設(shè)備。此外，需要設(shè)置視頻監(jiān)控、火災(zāi)報警及氣體滅火等輔助系統(tǒng)。

根據(jù)主設(shè)備特點(diǎn)，同時考慮安全因素，常規(guī)接地極預(yù)制艙的典型布置方案如圖1 所示。變壓器、進(jìn)/出線開關(guān)柜和二次屏柜（含交直流電源）3 種主設(shè)備分別設(shè)置在一個隔室內(nèi)。按照主接線順序，變壓器室設(shè)在開關(guān)柜室和二次設(shè)備室之間。變壓器室和開關(guān)室之間可設(shè)檢修門，方便檢修人員進(jìn)出。開關(guān)柜室內(nèi)布置有進(jìn)線開關(guān)柜和出線開關(guān)柜，為方便大直徑帶鎧電纜在艙內(nèi)布線（增大彎曲半徑），建議出線開關(guān)柜布置在遠(yuǎn)離變壓器的一側(cè)。當(dāng)接地極站位于重風(fēng)沙地區(qū)，接地極預(yù)制艙需另外增加防風(fēng)沙門斗（見圖2）。防風(fēng)沙門斗設(shè)于二次設(shè)備室和變壓器室之間。

圖1 常規(guī)接地極預(yù)制艙典型布置方案

圖2 重風(fēng)沙環(huán)境下接地極預(yù)制艙典型布置方案

2 接地極預(yù)制艙設(shè)計要點(diǎn)

2.1 接地極預(yù)制艙結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1.1 艙壁結(jié)構(gòu)設(shè)計

接地極預(yù)制艙的艙壁外立面一般采用不銹鋼瓦楞鋼板，具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能及耐候性，適用于接地極站較惡劣的使用環(huán)境。艙壁從外到內(nèi)依次為不銹鋼瓦楞鋼板、碳鋼骨架、保溫巖棉層以及鍍鋅鋼板（見圖3）。艙內(nèi)各隔墻兩側(cè)都采用鍍鋅鋼板，隔墻壁結(jié)構(gòu)參照艙壁結(jié)構(gòu)。鋼板之間需要填滿巖棉，保證耐火隔熱性能。

圖3 接地極預(yù)制艙艙壁結(jié)構(gòu)

2.1.2 底框結(jié)構(gòu)設(shè)計

接地極預(yù)制艙底框結(jié)構(gòu)（見圖4）為焊接成型一體式結(jié)構(gòu)，3 個隔室共用一個底框。變壓器和開關(guān)柜重量較重，底框結(jié)構(gòu)得先保證艙內(nèi)各設(shè)備的承載要求。艙內(nèi)設(shè)備尤其是開關(guān)柜和變壓器還需核實(shí)是否需要墊高艙體底框，以避免柜門/變電器門下方出現(xiàn)干涉問題。由于開關(guān)柜和變壓器隔室重量大于二次設(shè)備室重量，艙體存在偏重現(xiàn)象，艙體采用底部吊裝時，需考慮底部吊點(diǎn)布置位置。

圖4 接地極預(yù)制艙底框結(jié)構(gòu)

艙體內(nèi)部走線通過底框電纜夾層實(shí)現(xiàn)。底框采用雙層走線結(jié)構(gòu)，電纜層位于上層，光纜層位于下層，可保證光纜進(jìn)出屏柜有足夠的轉(zhuǎn)彎半徑。一次設(shè)備之間單獨(dú)設(shè)一次線纜走線通道。

在底框夾層里，沿3 個隔室的設(shè)備布置方向還需設(shè)置2 層專用接地銅排，銅排布置位置需方便3個隔室內(nèi)的設(shè)備使用。銅排上層為一次接地排，與艙體金屬底框直接連接；下層為二次接地排，與上層一次接地排通過絕緣子隔開。在底框外側(cè)，需要設(shè)置接地端子，與現(xiàn)場主接地網(wǎng)預(yù)留的接地扁鐵進(jìn)行螺栓連接，實(shí)現(xiàn)艙體接地。

二次設(shè)備室使用防靜電地板，開關(guān)柜室和變壓器室均使用花紋鋼板地板，上面鋪設(shè)絕緣墊。底板上需開設(shè)二次線纜進(jìn)出線孔，開關(guān)柜室在進(jìn)線開關(guān)柜下方需預(yù)留外部一次線纜進(jìn)線孔。此外，預(yù)制艙底板上建議開設(shè)人井孔，方便人員進(jìn)入預(yù)制艙下方基礎(chǔ)。

2.1.3 艙頂結(jié)構(gòu)設(shè)計

艙頂為人字型雙斜坡結(jié)構(gòu)（見圖5），從外到內(nèi)依次為艙頂上蓋板、碳鋼骨架、保溫巖棉層以及吊頂。艙頂上蓋板采用304 不銹鋼材料，具有良好的防腐蝕性能。吊頂通常采用集成吊頂。整個艙頂和艙壁焊接為一個整體，具有很好的抗風(fēng)雪能力。

圖5 接地極預(yù)制艙艙頂結(jié)構(gòu)

2.1.4 防風(fēng)沙門斗設(shè)計

當(dāng)接地極位于重風(fēng)沙地區(qū)，接地極預(yù)制艙需要進(jìn)行防風(fēng)沙門斗設(shè)計。門斗為一個封閉的小空間，前面設(shè)外部進(jìn)入的正門，兩側(cè)設(shè)進(jìn)入隔室的側(cè)門，背面為墻壁，如圖6 所示。防風(fēng)沙門斗相當(dāng)于緩沖隔斷區(qū)，能夠有效防護(hù)艙內(nèi)不被風(fēng)沙侵?jǐn)_。檢修人員進(jìn)入各隔室需要先從防風(fēng)沙門斗進(jìn)入。

圖6 接地極預(yù)制艙防風(fēng)沙門斗結(jié)構(gòu)

2.2 接地極預(yù)制艙輔助系統(tǒng)設(shè)計

2.2.1 照明系統(tǒng)設(shè)計

接地極預(yù)制艙3 個隔室內(nèi)均需配置正常照明、事故照明以及應(yīng)急照明。正常照明和事故照明采用嵌入式發(fā)光二極管（Light Emitting Diode，LED）照明燈具，均勻布置在隔室的通道上方。正常照明和事故照明由照明開關(guān)控制。各隔室的照明開關(guān)應(yīng)設(shè)置于門口處，方便控制。應(yīng)急照明包括應(yīng)急燈和疏散指示燈，布置于每個隔室的進(jìn)出口位置。

2.2.2 通風(fēng)及散熱系統(tǒng)設(shè)計

接地極預(yù)制艙每個隔室的散熱量不同，根據(jù)每個隔室內(nèi)的散熱量要求，配置相應(yīng)制冷量的空調(diào)進(jìn)行散熱。根據(jù)接地極站特點(diǎn)，空調(diào)優(yōu)先選擇工業(yè)空調(diào)，具備來電自啟動、故障報警等功能。

除了空調(diào)散熱系統(tǒng)，每個隔室還應(yīng)設(shè)置通風(fēng)系統(tǒng)。通風(fēng)系統(tǒng)由下進(jìn)氣排風(fēng)扇和上排風(fēng)過濾器組成。采用正壓通風(fēng)方式，新鮮冷空氣由一側(cè)較低位置進(jìn)入，熱空氣由另一側(cè)較高位置排出。由于艙內(nèi)空氣壓力大于艙外，灰塵不易從可能的縫隙進(jìn)入艙內(nèi)。排風(fēng)扇不工作時內(nèi)外無空氣交換，不影響空調(diào)制冷或加熱效果。

2.2.3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

接地極預(yù)制艙每個隔室內(nèi)需安裝一個視頻攝像頭。視頻攝像頭宜設(shè)在主要通道中便于觀察艙內(nèi)設(shè)備的位置，最好能覆蓋艙內(nèi)所有設(shè)備。優(yōu)選壁裝方式，在一些特殊情況下也可以采用頂裝方式。

2.2.4 消防系統(tǒng)設(shè)計

接地極預(yù)制艙內(nèi)應(yīng)配套設(shè)置火災(zāi)報警系統(tǒng)及無管網(wǎng)七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)。氣體滅火系統(tǒng)與火災(zāi)報警系統(tǒng)聯(lián)動。整套消防系統(tǒng)由消防主機(jī)、控制模塊箱、氣體滅火控制器以及3 個分區(qū)的煙感、溫感、聲光報警器、緊急啟停按鈕、警鈴組成。每個隔室為一個分區(qū)。接地極預(yù)制艙內(nèi)的消防系統(tǒng)工作邏輯原理如圖7 所示。

圖7 接地極預(yù)制艙內(nèi)消防系統(tǒng)工作邏輯

2.2.5 供電系統(tǒng)設(shè)計

接地極預(yù)制艙不設(shè)壁掛式配電箱。3 個隔室內(nèi)空調(diào)、風(fēng)機(jī)、正常照明以及插座等電源由二次設(shè)備室內(nèi)交流配電柜提供。事故照明可由配套蓄電池的直流電源柜供電，當(dāng)正常照明系統(tǒng)無法工作時，可切換至事故照明。應(yīng)急照明由于自帶蓄電池，也可以由交流配電柜供電。為了滿足消防切電需求，一般交流配電柜內(nèi)風(fēng)機(jī)、空調(diào)等空開都需要配置分勵脫扣器。

3 結(jié) 論

預(yù)制艙方案在特高壓直流輸電接地極中應(yīng)用，是將傳統(tǒng)的“現(xiàn)場建造”模式轉(zhuǎn)變成“廠內(nèi)預(yù)制”模式，可解決在較偏遠(yuǎn)地區(qū)不方便建造建筑物的問題，且能大幅縮短施工工期、降低建設(shè)成本、提高建設(shè)管理效率。本文先提出了常規(guī)環(huán)境和重風(fēng)沙環(huán)境條件下的2 種典型布置方案，再從艙體結(jié)構(gòu)和輔助系統(tǒng)2 個方面來闡述接地極預(yù)制艙設(shè)計要點(diǎn)，以保證艙內(nèi)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境可靠穩(wěn)定。艙體結(jié)構(gòu)主要考慮艙壁、底框、艙頂以及防風(fēng)沙門斗等部分設(shè)計，而輔助系統(tǒng)主要考慮照明系統(tǒng)、通風(fēng)及散熱系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、消防系統(tǒng)以及供電系統(tǒng)等方面。