高压直流接地极技术导则

中华人民共和国电力行业标准高压直流接地极技术导则

DL437-91中华人民共和国能源部1991-09-18批准 1992-03-01实施主题内容与适用范围本技术导则规定了高压直流接地极的名词术语定义、技术条件、试验工程与方法，以及运行维护。本技术导则适用于单极和双极运行的高压直流输电系统两端接地极，不适用于换流站接地系统。定义除本章规定的名词术语外，其余均符合有关国家或专业标准(部标准)的规定。高压直流接地极系统(简称接地极系统)HVDCearthelectrodesystem在高压直流输电系统中，为实现正常运行或故障时以大地或海水作电流回路的运行而特地设计和建筑的一组装置的总称。它主要由接地极线路、接地极馈电电缆和接地极组成。接地极线路Earthelectrodeline连接换流站中性母线与接地极馈电电缆的架空或地下线路。接地极馈电电缆Earthelectrodefeedercable连接接地极和接地极线路的电缆。直流接地极DCearthelectrode放置在大地或海中，在直流电路的一点与大地或海水间构成低阻通路，可以通过持续肯定时间电流的一组导体及活性回填材料。高压直流系统的地电流GroundcurrentofHVDCSystem在直流系统中，通过大地或海水从一个换流器的端子流向另一换流器的端子的任一种极性的电流。该电流是一种有意施加的电流，而不是故障和泄漏电流。接地极址Electrodesite接地极所在处所。最大短时工作电流Maximumshorttimeworkingcurrent换流阀在最高环境温度时能输送的最大短时负荷电流。最大连续电流Maximumcontinuouscurrent换流阀在最高环境温度时能连续输送的固有负荷电流。持续额定工作电流Continuousratedcurrent设计的额定电流。泄漏电流Leakagecurrent在直流电压下通过电介质和其它绝缘流入地中的直流电流，或是通过地下的金属埋设物流入地中的电流。电渗透作用Effectofelectricalpermeation大电流产生的强电场迫使接地极四周土壤中的水分子离开阳极的作用。跨步电势Steppotential当高压直流接地极运行时1m的任意两点间的电压称为跨步电压。接触电势Contactpotential当高压直流接地极运行时，在地面上离导电的金属物件等水平距离为1m处，与沿金属物件离地面的垂直距离为1.8m处两点间的电位差。转移电势Transferpotential接地极运行时，人站在接地极四周地面触摸在远方接地的导体，或人站在远处接触在极址接地的导体，能承受的接触电势为转移电势。转移电势的最大值为接地极电位上升的数值。直流接地极技术条件一般技术准则额定工作电流。直流接地极的设计寿命在规定的运行方式下一般应不少于30年。直流接地极一般由两个或以上分隔的元件组成，以利检查和检修。统中接地极为换流站间的直线距离宜不小于10km，并保证换流站的接地网与接地极完全分开。直流接地极一般有环形、星形、直线形、射线形、栅格形等外形，宜依据极址地形、地质、水文、交通状况等条件，从施工便利、技术经济合理两方面来确定原则。直流接地极埋深应大于1m，尽可能埋设于地下水位和冻土以下或装设注水极址选择20km范围内的地质、水文调查。调查内容至少包括：地质构造及各层的厚度：从地面到基岩的深度、基岩的厚度、海水冲刷状况、有等高线(陆地电极)或等深线(海洋电极)的预选极址地质详图。在调查资料不全时宜进展勘测。四周50km管道、线路、埋设地下的和电力电缆、码头、港口及其它长1km以上的接地金属构造。对环境影响的评价可参照无线电干扰、电磁兼容及金属构筑物防腐的有关标准及法规。直流接地极址一般应远离人口稠密的城市和乡镇以及地下有较多公共设施的地区。直流接地极址选择应考虑有关安全和环境保护的法令和法规。直流接地极的极址选择宜通过不少于3个方案的技术经济比较来确定。大地参数确定直流接地极设计必需考虑以下大地参数：地下水位、大地电阻率、土壤温度、土壤热传导系数、土壤热容率。接地极址的地下水位可以通过水文地质图查得或在现场通过实地探测获得。大地电阻率的测量方法。接地极址的大地电阻率一般承受在现场实地引入电流测量的方法测得。现场测量大地电阻率的大地注入电流应为直流电流。测试方法可以用任何传统的大地电阻率测试方法，例如温纳尔四极法，席兰伯格法，也可用附录A的不等距四极法。接地极址大地电阻率的测试深度一般宜不小于2km，即两个电流极间距8km。土壤温度接地极址的土壤温度应进展至少两年的测量并得到最高温度、最低温度和平均温度数值。这个数值也可以从气象部门获得。土壤温度的测量应考虑不同地质条件的测点及不同深度的温度，测量的最小深度应不小于接地极拟埋设的深度。0.5℃的各种测量装置或温度计均可承受。热传导系数直流接地极址土壤热传导系数可用试验室测试和现场测试两种方法中的一1列出了各类土壤、雪和冰的热传导系数。热容率直流接地极址的土壤热容率确定，通常在试验室进展。土壤样品猎取应考虑接地极址不同位置土壤的典型抽样。表2列出了通常所遇到的土壤的热容率1.0×108～1.5×108(平1.3×108)J/m3·℃的范围。物质名称热导率［物质名称热导率［(W/m·2℃)］干 湿砂0.271.85带淤泥及粘土的砂0.431.90细末砂质壤土0.332.30粉砂壤土0.370.88带砂的粘土0.421.95火山土0.130.62黑色耕种土(冰冻)0.181.13褐色底土(冰冻)0.081.20黄褐色底土(冰冻)0.100.82带砂及淤泥的砾石0.552.55致密积存的雪0.23冰(0℃)2.222物质名称热容率［J/(m3·℃)×106］饱和度(%)土型干50%100%砂1.262.133.01粘土1.002.223.43腐殖土0.632.183.77未遭腐蚀或干扰的金属埋设物对土壤电位(相对铜——硫酸铜电极)一般在-0.85～-1.5V标准。设计标准都是由整体系统设计确定的。接地极的极性是这样规定的：如电流是由大地流向接地极，则这接地极为阴极；而假设电流是由接地极流入大地，则这接地极为阳极。依据运行条件的转变，接地极的极性可能是变化的。对于固定极性的接地极设计，或两个接地极的极性不具有几乎相等的机率时，应留意其腐蚀的程度及材料的损耗是不同的。直流接地极的牢靠性应与系统的牢靠性全都。接地极对远处大地的允许电位上升由接地极址的物理性能即热导率和电阻率以及允许温升打算，即(1)式中 ——接地极允许的电位上升，V；λ——土壤的热导率，W/(m·℃)；ρ——土壤电阻率，Ω·m；t——接地极址大地最高温度，℃；1t ——设计允许的接地极最高温度，℃。2接地极温升允许值确实定原则是保证在任何状况下接地极的温度不超过90℃，当接地极设有超温报警装置时，该温度值可放宽到95℃。接地极接地电阻的设计值由下式确定(2)式中 ——接地极接地电阻，Ω；——接地极允许电位上升，V；——最大连续电流，A。程序计算。接地极外表电流密度一般由材料和防止电渗透来确定，宜掌握在0.25～1.0A/m2的范围内，但海中和水浸电极不受此限。不会对人畜造成危害，对于水中电极不会吸引鱼类。前者一般为2.5V/m，后者1.25V/m。直流接地极在最大短时工作电流下所允许的跨步电势确定为2.5V。材料耐电腐蚀性强；腐蚀生成物无毒，不污染环境；经济性好；使用寿命长。陆地直流接地极的金属导体需用活性材料充填，以削减其腐蚀，延长其寿92%；硫＜1%；灰分＜1%；挥发物＜0.2%；其它矿物质＜0.5%；电阻率＜0.2Ω·cm。直流接地极依据电腐蚀损耗率计算的材料用量必需有50%～100%的设计裕度。试验工程和试验方法及试验中应留意的问题根本目的和一般原则对于一个高压直流接地极系统的交接试验，主要有3个根本目的：状态下的温升等都应满足设计要求，接地极各段元件的电流应均匀安排。接地极系统在最大运行电压下可能引起的跨步电压应限制在肯定的水平之下，以保证在接地极址区域内活动的人畜的安全。了解接地极系统对四周地区的公用事业系统(水、电、煤气等)及通信系统的干扰和影响，以校核其是否符合设计要求。。为了测试人员、仪器和设备的安全，试验中的入地电流宜从小到大，分假设干档次进展。在不同的入地电流下，重复进展同一试验工程时，应使用同一仪表在一样的位置和方向进展。如条件许可，各项测试工程宜在70％～80％或100%额定入地电流下进展一次。测试人员和试区内活动的人畜的安全。外观检查及其与接地极线路的连接部件完整无缺；装配安装正确，尺寸符合设计要求前方可进展试验。土壤的自然破坏(冲刷或下陷等)在试验前应进展修复。检查检测装置和渗水孔防止淤泥堵塞。检查安全标志和防护遮拦，确认完好无损，标志清楚。入地电流程中进展，以便为其它的各项测试工作供给最根本的参数。分布测量。这个测量工作宜在试验开头时进展。接地极元件电流分布的均衡度应满足设计要求。依据设计状况，各段接地极元件的电流测量可以在接地极址进展，也可以在换流站内用直流互感器测量，但是在系统调试过程中，接地极址必需能够测量入地总电流。依据调试现场具体状况，各种直流电流测量仪器和仪表例如直流互感器、直流钳形电流表、直流分流器和霍尔元件直流测量仪等均可承受。直流电流测量仪表的准确度要求为0.5～1级。确性。假设接地极设计能便利串接分流器时，则可仅承受直流分流器法进展测量。接地电阻接地极接地电阻值应符合设计要求。接地极接地电阻测试应承受电流注入法，即电流表——电压表法，不宜承受便携式接地电阻测试仪。在接地电阻测试中，注入大地电流应为直流电流，不宜承受交变电流。这种直流电流可以是单独试验用直流电源产生，也可以是系统运行时经由接地极流散的不平衡电流或是单极大地回路运行(或试验)时的入地电流。5倍。此时假设不是承受接地极线路作为电流引线，则在测量时接地极元件应与接地极线路分开。向没有限制，电压极与接地极的距离应大于接地极任意两点间最大距离的5倍以上。当承受试验专用外加直流电源时，测试布线参照原水利电力部规程SDJ8—79《电力设备接地设计技术规程》。不应在施工后或雨后，马上测量接地电阻。试验过程中，在单极大地回路方式运行前后，接地极的接地电阻应重复测量两次，以确定接地极四周土壤在通电后流散的电流性能是否变化。电位分布和电位梯度运行后对四周环境的影响。10km，或直至测量到的电位梯度小于0.25V/km，并绘出电位分布曲线。用试验电源向大地注入电流外，一般应在单极大地回路运行方式下进展或者利用双极运行时流过大地的不平衡电流进展。在接地极导体埋设处的地外表四周，电位梯度的测量间距为1m，在远离接地极而地面电场强度很小的区域，两个测量电极的间距取决于所使用的测量仪表应能测出有效的读数。对于重点区域，例如接地极四周人畜常到的地方，电位梯度的测量要在每个测点相互垂直的两个方向进展，以便依据矢量相加得到该点电位梯度的大小和方向。施加以消退。跨步电压、接触电压和转移电压接地极址四周地面允许的最大跨步电压值应符合设计要求。接地极址四周允许的最大接触电压，一般不作规定。一般而言，接地极四周以下位置跨步电压和接触电压值较大。a.接地极导体正上方地面距接地极导体径向几米处。b.地面不平的低洼与潮湿之处。c.散流不均匀的接地导体、电流密度大的导体上方地面。d.与四周土壤相比，局部土壤电阻率突变的地方。对人身造成的危害。接地极及其四周大地温度接试验中接地极及其四周大地温度的测量应在通电前和通电后均持续一段时间进展连续的测量。通电前的测量持续时间应能包括夏季。通电后的最短测量持续时间应大于接地极的时间常数。接地极温度的测量宜在接地极外表或回填焦炭与土壤交界面不少于5点的位置测量，测试点的设置应尽可能包括接地极各馈流元件和接地极址各土壤突变点。接地极四周大地温度的测量点宜沿着不同方向和深度设置，限于现场条件，一般测量深度可以接地极埋深为限。温度测量仪器承受摄氏度数，准确度为±0.5℃。度计。当承受水银温度计放在测试管中，而测试管较长时要实行措施。保证温度计反映的是指定深度的温度，并不因地面气温变化受影响。对外部设施影响的测试调研及实际测量的方法来确定。法处理，测试的目的主要是确定对通信系统的影响，试验时可选择假设干关键部位进展测量，以校核设计和检查施工质量。对于接地极10km110kV及以上沟通线路应测量通过最靠近接地极的接地装置流入架空地线的直流电流。组中的直流干扰电流小于变压器额定电流有效值的7‰。地极运行后的数据进展有效的比较。投运后的结果应满足技术条件的要求。接地极10km范围有铁路时，宜检验地中电流对铁路信号有无干扰。直流接地极运行维护接地极线路高压直流输电系统投运后，应定期对接地极线路进展维护和检查，维护检查的工程及周期与该系统的直流输电线路一样。电流分布运行中接地极线路和元件馈电电缆的电流应定期进展核查，核查的周期为外观检查陆地接地极投运后要定期进展以下工程的检查巡察和处理，其周期在投运2个月一次，一年后每半年一次。回填土的沉陷状况。假设沉陷过多，应连续回填，以保证接地极元件离地面的高度。但回填土