直流接地极对输电线路的影响及防治研究

ＬＯ　ｆ　ｌＲＢＯ　ＯＲＩ　Ｄ　２ｆＪ１７／６　低碳技术　直流接地极对输电线路的影响及防治研究　傅志浩（佛ＩＩＩＩＵ／Ｊ砹汁院仃　公・，－ｊ）　【摘要】对于直流输电单极大地回线方式的直流输电系统，其接地极的连续运行电流即为工程连续运行的直流电流。对于双极对称运行直流　输电系统，其接地极上的入地电流为两极电流之差值，一般小于额定电流的１％。当工作电流或不平衡电流通过直流接地极流经大地时，会对　接地极周边的地下金属构件产生腐蚀影响。本文结合实际案例详细的分析了直流接地极对输电线路的影响及相关的防治，以期促进我国电力　行业的进一步发展。　【关键词】直流接地极；网络法，腐蚀；防治措施　【中图分类号】　１＂Ｍ７５　【文献标识码】Ａ　【文章编号】２０９５—２０６６（２（Ｉ　Ｉ７）ｌ　８－００６３—０２　１　ｌ：程概况　“＋５００ｋ＼；　天生桥～广州直流输电线路”．西起黔、桂交界的　天生桥换流站，东至广东省广州换流站，线路全长９８０ｋｉｎ　电　压＋＿５００ｋＶ．电流ｌ８００Ａ，双极输送功率ｌ８００ＭＷ，是南方电网　首馨远距离、大功率、超高压直流输电工程，天广直流Ｘ－程于　ｌ９９８年４月１６日开工，２００（）年ｌ２月２６日投运　“＋－５００ｋＶ天生桥～广州直流输电线路”广州侧接地极地处　广东佛山市三水市境内．附近已有并规划新建若干务ｌ】０ｋＶ、　２２０ｋＶ的输电线路．与该接地板邻近的输电线路路径如图ｌ　所示　所涉及的１ｌ０ｋＶ输电线路和２２０ｋＶ输电线路共有四　条　分别为：ｌ１ＯｋＶ永丰一康乐甲乙双回线路，ｌ１０ｋＶ永丰一萧　边、三水双回线路．Ｉｌ０ｋＶ永丰一大塘、康乐丙双回线路和　２２０ｋＶ东坡一康乐双回线路　ｒ，　＿Ｉ　一１，　Ｊ　１　●　●　Ｊ　图１接地极与附近１　１ＯｋＶ和２２０ｋＶ线路相对位置关系　２直流接地极对杆塔　础配筋及接地装　的　腐蚀影响研究　２．１汁算前的准箭１：作　５００ｋＶ天广直流广州侧接地板采用同心双园环结构．内　外环直径分别为４８０ｍ和６９０ｍ，埋深３ｍ　接地极设计额定电　流ｌ８００Ａ，计算模型中接地极按阴极单极运行考虑　根据托单位收集的资料．所涉及线路的杆塔接地装置形　式主要有三种，如图２所示　图２（ａ）中，Ｉ　＝２０ｍ；图２（Ｉ’）中，对于１１０ｋＶ线路Ｄ＝１０ｍ，　对于２２０ｋＶ线路１）：】２ｍ；图２（（－）中，Ｌ＝４５ｍ接地装置中，水　平敷设的接地导体采用　ｌ２圆铜．垂直接地导体为５０ｍｉｎｘ　５ｒａｍ的扁钢对于资料中未能提供的已有旧线路的杆塔．其杆　塔档距暂按３５０ｍ（１　１０ｋＶ）和４５０ｍ（２２０ｋＶ）考虑　、ｌ　＇ｋ３／口　一　ｒ＂ｔ　口Ｖ－－．　＼、　Ｉ）ｌ・’Ｘ型挂地装置　（ｈ）　型接地装置　（ｆ）ｌ　型搀地柽置　图２杆塔接地装置　根据收集的资料．所涉及的ｌ】０ｋＶ和２２０ｋＶ线路既有新　连线路．也有已建的旧线路根据委托单位的资料，输电线路　均按双地线逐塔接地考虑　其中．１１０ｋＶ新建线路地线型号为　ＪＩ　Ｂ４０一ｌＯ０．已建旧线路的地线型号为ｌＪＧＪ一７０／４０：２２０ｋＹ线路　地线型号为ＪＪ．Ｂ４０一ｌ５０所涉及的变电站接地电阻均为０．５ｎ、　２．２杆塔　础及接地装　泄露电流密度限值　关于接地体腐蚀影响的评估方法．目前通常采用的是用　佥属表面流出的电流密度和腐蚀厚度来评估　根据ＣＩＣＩ／Ｅ导则．如果泄露电流密度为ＩｊｘＡｈ、１１１　（即　０．…Ａ／ｍ：），在一年时间内，对铁材料的腐蚀厚度约为　（）．１７４ｒａｍ．并认为是可以接受的　按照一般接地板实际运行时　间计算．每个接地板以额定电流运行的有效时间大约为２～３　年．如泄露电流密度为１ｔｘＡ／ｅｍ　．前半年腐蚀厚度约０．０８７ｍｍ．　以后累计电腐蚀厚度大约是０３５～０．５２ｒａｍ．这对大多数金属构　件来说是可以接受的　国内外相关文献也有以杆塔接地装置受直流接地极影响　时间内总的腐蚀量和腐蚀厚度来评估，但以多少腐蚀量或腐　蚀厚度作为限值更符合实际。并没有统一的标；隹，相关研究中　采用的腐蚀量和腐蚀厚度的评估方法也未上升至相关规程和　标；隹进行规范因此，本报告中暂以Ｏ．０１Ａ／ｍ　作为杆塔接地装　置最大泄露电流密度的限值　２３线路朴塔接地装置泄　电流密度汁算结果　图３～５给出了各线路路径上杆塔接地装置的最大泄露电　流密度分布情况　电流流出杆塔接地装置为正　流入杆塔接地　装置为负　¨塔蝙　图３“线路１”各杆塔接地装置上最大泄露电流密度分布　３　Ａ流接地极腐蚀影响的防ｉｆ｝措施　３．１新　防腐材料　６３　低碳技术　杆塔骆导　４“线路２”各杆塔接地装置上最大泄露电流密度分布　ｆ　塔鬻峙　图５“线路３”各杆塔接地装置上最大泄露电流密度分布　目前采用镀锌铜带接地存在一些问题是：为了防止腐蚀。　就人为的增大镀锌钢带截面积，这样不仅严重的浪费材料，又　增加了施工难度，还无法防止局部腐蚀引起的断裂：由于无法　防止局部腐蚀不得不定期开挖检查，或者定期改造、重建，这　又影响了发变电站的正常运行，增加了工程投入；实际工程　中，很多接地网建于建筑物下面，造成地网、开挖检查、改造的　困难又是相当大　近年来为了克服镀锌钢接地材料的弊端，铜包钢材料应　运而生。但是由于钢的导电性仅为铜的１『７，因此应用于接地　时其截面积较大．使用的包覆铜层量大价高。并且由于铜的强　度大、截面积又大，施工也较为困难；多数生产厂为了节约成　本．通常包覆的铜层厚度为相关规定所规定的下限，仅为　０．２５ｍｍ，极易在外力或长期土壤腐蚀环境下导致局部破损，在　土壤中发生“小阳极大阴极”的加速腐蚀现象，引起接地断裂。　为了克服上述现有技术的缺点．设计了一种不锈钢包钢　的三层结构耐腐蚀接地材料．该材料采用三层结构。充分发挥　各层材料的最佳性能．从而达到综合提高耐腐蚀能力、节约用　材、延长接地装置的使用寿命，增大适用范围，提高全寿命周　期技术经济性的目的　髑１，　０该种三层结构耐腐蚀接地材料．包括导电内芯．在导电内　芯外包裹有用以过渡的中间层，在所述中间层外包裹有耐腐　蚀防护层。　导电内芯为横截面为圆形或矩形的低碳钢芯、铝芯或铜　芯；中间层是锌层、铝层、铝锌合金层或低碳铜层；耐腐蚀防护　层是不锈钢层；进一步。该三层结构耐腐蚀接地装置的横截面　为圆形或者矩形。　该三层结构耐腐蚀接地材料由处于最内部的导电内芯以　及包裹在导电内芯外的中间层和耐腐蚀防护层组成．该种三　层式的结构可以通过对各部分材质的选择，在保证整个装置　的导电性和机械强度的同时．能减缓或阻止外层破损带来的　接“小阳极大阴极”加速腐蚀问题。　１－为导电内芯；２一为中间层；３一为耐腐蚀防护层。　图６三层结构耐腐蚀接地材料　采用三层结构耐腐蚀接地材料，导电内芯１为舍碳量　０．１７％，直径为　１０的Ｑ２３５钢棒，用以过渡的中间层２为厚　Ｌ０Ｗ　ＣＡＲＢｏＮ　ＷｏＲＬＤ　２０１７／６　度１２０１ｘｍ的镀锌层，最外层耐腐蚀保护层３是材质为３１６Ｌ　厚度为０．４ｒａｍ的不锈钢层　可用于腐蚀性为强的南方酸性土　壤地区杆塔接地网。　该接地装置采用三层结构．充分发挥各层材料的最佳性　能，从而达到综合提高耐腐蚀能力、节约用材、延长接地装置的　使用寿命，增大适用范围，提高全寿命周期技术经济性的目的。　３．２外加电流阴极保护　直流输电杆塔接地装置受直流电场腐蚀较为严重．为保　证直流输电杆塔接地装置的长期安全运行．设计了一种可安　装在输电杆塔高架上的强制电流阴极保护系统模块　设计思路为：通过相应的取电装置．在输电线路上直接获　取一定的电流，经交直流转换，供给阴极保护模块正常运行所　需电量。并且此取电装置可根据阴极保护模块反馈的需求电　量进行自动调节，示意图如图７所示。　输电扦塔　正襁　磐盹　并｜蕃接地　杆塔基础　图７杆塔接地外加电流阴极保护示意　如图７所示．电源及阴极保护控制装置固定在杆塔上，其　负极端与杆塔接地装置联接．正极与埋设在杆塔接地装置周　围的ＭＭ０柔性辅助阳极相连．参比电极与埋设在杆塔接地装　置附近的长效硫酸铜参比电极相连。　电源及阴极保护控制装置具有远程监测和调节功能。能　实时监测和调节接地装置的保护电位，并向阴极保护模块做　出反馈．阴极保护模块根据所检测的电位变化进行自动输出　调节．以保证接地装置达到最小保护电位之下．进行安全有效　的防腐蚀保护　保护电位可远程至远方的电脑终端　４结语　ｎ　～　　在高压直流输电系统中，直流接地极是必不可少的组成　部分。对于单极大地回线方式的直流输电系统，其接地极的连　续运行电流即为工程连续运行的直流电流。对于双极对称运　行直流输电系统．其接地极上的入地电流为两极电流之差值，　一般小于额定电流的１％　当工作电流或不平衡电流通过直流　接地极流经大地时。不仅接地极本身会发生腐蚀，而且还会对　接地极周边的地下金属构件产生腐蚀影响。因此在电力系统　建设的过程中．一定要重视直流接地造成的负面影响，采取合　理的措施解决接地装置腐蚀的问题．确保电力系统的长期稳　定运行　参考文献　『１］赵畹君，主编．高压直流输电工程技术．北京：中国电力出版社，　２Ｏ０４．８．　［２Ⅱ美］Ｐ．Ｍ．安德逊，等，翻译组周孝信，等译．电力系统的控制与稳定．　水利电力出版社．１９７９．３．　［３］胡毅，李景录．直流接地极电流对中性点接地变压器的影响．变压　器，１９９８，１．　［４１胡毅．直流接地极电流对输电线路接地构件的腐蚀影响研究．中国　电力．２ｏｏＯ．１．　收稿日期：２０１７—６—１１