换流站接地网施工及后期运维研究

江 源

(湖北超高压输变电公司，湖北武汉 430050)

0 引言

当接地网发生故障或接地电阻测量异常后，通常情况下由于无法查阅工程施工实际情况，无法排查故障原因，只能采用大面积开挖手段来查找故障原因，增加了工程难度与费用。针对以上问题，本文根据作者自身工作经验在施工验收、跟踪阶段提出了较为实用的措施，如:扁铁接头全部拍照、接头点和阴极保护全部作标识、绘制定位图等。达到了控制隐蔽工程质量的目的，也为今后的运行维护改造留下了宝贵资料。

1 换流站接地网施工要求

1.1 换流站的地位

换流站作为整个电力系统的重要组成部分，其电网中地位重、工程造价高，因此对换流站的施工质量提出了更高的要求。对换流站的保护也需要做更深入的研究。

1.2 换流站接地网的安全性

随着电力事业的快速发展，电力系统中对接地装置的要求越来越严格。然而由于接地网设计考虑不全面、施工不精细、测试不准确等原因，近年来，发生了多起地网引起的事故。构成接地网的导体埋在地下，常因施工时焊接不良及漏焊、土壤的腐蚀、接地短路电流电动力作用等原因，导致地网导体及接地引线的腐蚀，甚至断裂，使地网的电气连接性能变坏、接地电阻增高［1］。据相关报道［2］，在地网检查的过程中发现，一般接地网使用寿命10年，有的甚至3年～4年就已经被锈蚀的非常严重，因此研究接地网的施工及后期运行和维护是非常重要和必要的。

1.3 换流站接地网施工要求

当换流站系统短路故障时入地电流很大，在地网中将产生很高的电位。地网的高电位可以以多种方式危害人身及设备安全。根据某换流站的特点，特别进行了如下工作:

1)交流侧短路电流计算结果见表1。

表1 换流站交流母线远景年(2020)最大短路电流计算结果 kA

2)500 kV串中、母线通流容量计算:3/2串中开关按穿越功率3200 MW、额定电流按4000 A考虑。500 kV母线穿越功率按4500 MW、额定电流按5500 A考虑。

3)直流最大短路电流的计算结果见表2。

表2 直流侧短路电流计算结果

1.4 换流站接地网腐蚀

根据电力预防性试验规程中要求，电力变压器运行中铁芯接地电流一般不大于0.1 A，而换流站实际运行中接地电流会达到变压器运行电流的数十倍以上，常年站内大电流的运行，会加速接地网的腐蚀，对站内接地网阴极保护的重要性提出了更高的要求。

相对一般交流变电站(所)，直流系统控制保护装置对接地要求方面也相对较高。在进行设计时应该考虑如下内容［3］:

1)直流换流站接地网设计必须考虑双极平衡运行而将换流站接地网作为临时极运行方式下对接地网的额外要求。2)直流换流站接地网设计需特别关注高频暂态电流。

2 换流站接地网施工工艺及工程实际状况备案

根据GB 50169-2006电气装置安装工程接地装置施工及验收规范规定:一般在地表下0.15 m～0.5 m处，是处于土壤干湿交界的地方，接地导体易受腐蚀，因此规定埋深不应小于0.6 m(本站为0.8 m)，并且接地网的引出线在通过地表下0.6 m引至地面外的一段需做防腐处理，以延长寿命。

本站主接地系统主要由水平接地网和边角处的垂直接地体构成，水平接地网敷设深度不得小于－0.8 m，在换流站四周边角处加打了16根直径为24 cm，长为6 m的垂直接地体，以改善接触电势和跨步电压。

水平接地网施工过程中，采用全过程监督并详细绘制、留存各接头点图谱资料(见图1)，在后期运维过程中便于查找故障原因及分析。

图1 站内第二大组交流滤波器水平接地网焊接点布置图

阴极保护在防止地下金属被土壤腐蚀的方法中被认为是最为有效的方法，它的基本原理就是通过积极干预腐蚀反应，从根本上阻止电化学腐蚀的发生，从而达到保护阴极的目的。阴极保护可通过两种方法实现:牺牲阳极法和外加电流法。

牺牲阳极法简单并且易于操作，维护要求较低。它的方法就是在需要保护的接地网上连接更容易腐蚀、更活泼的金属或合金，利用阳极被腐蚀，从而使接地网得到保护。

外加电流法则是通过外加直流电源，将电源负极与需要保护的金属相连接，使被保护金属成为阴极而防止金属腐蚀。

本站采用的阴极保护法是牺牲阳极法，镁合金为阳极。保护设计年限为35年，采用126支镁合金防腐降阻组件，每支约为126 kg，安装距离为距地网扁钢0.3 m～0.5 m远，距离地面1 m～1.2 m深，其引出电缆用放热焊接法水平焊接在地网，并在组件周围填充导电性能良好的填充料，引线焊点应做绝缘处理。

阴极保护施工过程中，采用全过程监督并详细绘制、留存各接头点图谱资料(见图2)，在后期运维过程中便于查找故障原因及分析。

图2 站内第二大组交流滤波器阴极保护布置图

3 接地网监测系统的运行和维护

在接地装置正常运行的过程中，在外力或者是腐蚀的作用下接地线和接地体可能会损伤或断裂，同时，接地电阻也会受到土壤电阻率的影响，当土壤电阻率改变时接地电阻也会发生变化。因此，定期进行接地装置的检查和试验是十分必要的［4］。

接地装置的检查用现有的方法较为繁琐，对接地网的整体性有一定的影响，并且无法做到任意时间的不间断监测。在计算机技术和信号处理技术日趋成熟的今天，已经开始研究综合运用信号处理技术、人工智能及计算机技术，与接地网运维中的接地技术、腐蚀监测技术相结合。将恒电位检测技术与信号处理、人工智能方法及其先进的检测手段相结合，通过测量接地装置，解析所获得的参数，利用适当的计算方法，可以较为准确的分析计算出接地装置的腐蚀状态及其相应的接地参数。通过计算机模拟和运算，设计了计算机集数据采集和监测分析软硬件为一体的接地装置智能监测系统。该系统对接地装置的腐蚀状况能够进行快速的检测，准确反馈接地参数的变化，并能在任何时刻反馈接地装置被腐蚀状况和接地参数，为换流站接地网的运行和维护提供了更简单有效的方式［5］。

［1］郭建伟.变电站接地网研究及故障诊断分析［D］.上海：上海交通大学，2008.

［2］卢 刚，耿风慧，丁 锐，等.变电站接地网的“阴极保护”防腐技术［J］.供用电，2001(5)：61-62.

［3］张先伟.高压直流换流站接地设计应该注意的几个问题［J］.华中电力，2010(3)：48-49.

［4］洪海涛，彭敏放，刘聪利，等.一种新的接地网智能监测系统［J］.电力科学与技术学报，2008(3)：36-37.

［5］王光荣.接地网智能监测系统的研究［D］.长沙：湖南大学，2007.