龙门换流站接地极工程绝缘护筒、电缆连接母排绝缘防水包封研究

陈熙

摘要：换流站的接地极工程是一种以高标准为要求的输电线路设计工程，该种工程关系到换流站电力系统的运行稳定性，也关系到整個线路的运行安全性，因此，在设计过程中需要严格按照大地返回运行系统的设计标准来完成。本文以龙门换流站的接地极工程进行研究，了解其绝缘护筒的设计技术要点和电缆连接母排绝缘包装技术要点。期望在梳理技术要点情况下提升换流站接地极工程的质量。

关键词：龙门换流站;接地极工程;绝缘护筒;电缆连接母排

接地极工程当中最为重要的是保证高压直流输电的稳定性，避免接地极电流出现不稳定的情况。接地极工程的极址本身就是大型的接地体，其参数设计直接关系到接地极技术是否能够满足输电工程的正常运作。为了规避周边环境对接地极工程产生的影响或者是控制影响程度，需要注重接地极工程当中的绝缘设计，并且注意规范绝缘护筒和母排绝缘防水包封规范。下文将就龙门换流站的接地极工程进行研究，探讨其在绝缘护筒及电缆连接母排的绝缘防水包封处理。

1 项目概述

龙门换流站位于广东省龙门县的龙潭镇，其在2019年2月期间开始更换换流设备，新建14台换流设备，并另外修建两台设备作为备用。在工程被投入运营以后，该换流站的电力资源将被输送到广东省，而该换流站是以水力形式发电的，该种方式有效减少广东省的燃煤量，有效改善该地区的大气污染情况，实现节能减排。此次工程当中包含了设备建设以及接地极工程，所采用的关键工艺概况如下：

在进行绝缘护筒部分的施工过程中，由于本次工程所施工的电极井总共有52口，设计的深度为43米，了解到此时的垂直电极长度为35米，而电极顶部的埋深则为8米。在电极方面材质选择上，主要是选用了尺寸为φ70mm的圆钢，并且在周边填充了石油焦炭，具体数量为φ1000mm×35m。为了能够使后续填充的焦炭能够达到预期设置的标准，需要在护筒设计中添加尺寸为φ1000mm的钢护筒，并且确定电极顶部的埋深为8米。为了杜绝接地极线路在释放电流的阶段会和地面接触部位产生电压，需要在工程修建期间避免电极顶部以及地面之间存在连接的金属物品。

在进行电缆连接母排绝缘防水包封过程中，需要考虑到电缆连接母排的具体位置。此次龙门换流站的接地极工程中电缆连接母排主要出于电缆井下方2.5米的位置。龙门换流站接地极极址所在位置具备较为丰富的地下水资源，因此电缆井的下方和内环境都比较潮湿，为了避免电缆连接母排出现短路的情况，需要对此处电缆做好绝缘和防水工作。依据工程设计要求，此次对于母排的密封防水将会采取环氧树脂来进行包封，且为了提升防渗水功能，将保证包封的厚度超过50毫米。

2 龙门换流站接地极工程绝缘护筒技术要点

接地极工程当中的绝缘护筒建设，在施工过程中所采用的传统施工方法主要是通过对长钢材质的护筒进行埋设，此时钢护筒的尺寸为43米，并且进行碳粉填充，确保碳粉填充的标准符合施工设计要求以后，再继续加大开挖力度，挖出顶部8m的护筒。该工程施工阶段需要挖出大量的土方，且挖掘深度也比较大。如果施工区域范围内的地下水含量比较丰富，在坑洞较深的情况下，坑洞内部结构稳定性将会受到影响[1]。因此，针对该种施工方法需要进一步开展支护工程，此时绝缘护筒的施工时间明显增加，施工所需要承担的风险也在增加。

而在该工程当中可以优化施工设计，改善工艺流程，其关键技术是利用具有绝缘性质的护筒替代钢护筒，也就是说，在电极顶部和地面之间原本所采用的8米长的钢护筒将会被8米长的玻璃钢护筒所替代，此时该玻璃钢材质的绝缘护筒将会和底部的钢护筒构成长度为43m的长绝缘护筒。在完成护筒材质替换以后，继续完成碳粉和砂石的填充工作，并且将其和钢护筒的其他部分一起埋设在电极井当中[2]。具体如图1和图2所示。该种施工方法相比于传统方法能够避免较大工作量的挖掘工程，并且避免浪费青赔用地，有效较少工程量的同时，也能够对应缩短绝缘护筒的施工时间，进而降低施工风险的发生概率[3]。

上文分析中提到对于绝缘护筒技术其中有一项关键工程就是添加碳粉。而事实上，在施工设计中碳粉的填充也有明确的填充工艺。此处电极井中的电极为尺寸为φ70mm的圆钢，按照设计要求，需要将碳粉从电极井的底部一直填充到电极的顶端位置，总共填充的深度多达35米。而按照此时电极井的修建尺寸，能够明确每个电极井都需要至少填充38吨碳粉。事实上，碳粉填充关系到接地极工程是否能够满足线路输电要求，其与接地极极址的性能有直接关系，因此，在碳粉填充期间，一定要避免空气或者是气泡的产生，确保碳粉填充密实度达到设计要求[4]。具体技术来讲，需要在填充每个电极井的时候都保持多次填充的状态，依据本次电极井的填充总量，将填充数量分为每次4吨。在完成第一次填充之后先将碳粉静置24个小时，然后观察电极井当中的碳粉是否已经完全沉淀。确定碳粉沉淀密实以后，继续完成下一次填充工作，直到所有的碳粉都填充完成。此次电极井填充需要花费10天才能填充完成。而在电极井整体填充完成以后，还需要继续将碳粉沉淀7天，并且保证碳粉的填充密实性。如此，才会继续下一道施工工序。

3 电缆连接母排绝缘防水包封技术要点

环氧树脂是一种电力工程建设当中常用的一种具备较好绝缘防水功能的包封材料，其在添加了凝固剂的情况下会逐渐固化。因此在调节该种材料期间，需要考虑到调配的质量问题。因此在对材料进行搅拌期间很有可能会出现气泡，而该种气泡会影响到环氧树脂的绝缘性能。当然，为了更好的观察对于电缆连接母排的包封效果，还需要保证完成包封以后的环氧树脂具备一定的透明度。目前市面上所销售的环氧树脂材料在加入凝固剂以后主要呈现出棕色，其具备较多气泡，且不具备较强的透明度，因此无法达到对于电缆连接母排进行防水绝缘包封的设计要求。具体如图3所示。

在工程项目介绍中明确电缆连接母排进行绝缘防水包封主要采用的是环氧树脂材料，而现有的环氧树脂材料又无法达到本次设计的要求。为了优化设计效果，需要对现有的环氧树脂材料进行筛选和调整。本次对多种类型的环氧树脂进行实验，通过反复测试发现，市面上有一种环氧树脂水晶滴胶比较符合本次设计的透明度和绝缘性要求。该种滴胶类型的环氧树脂不仅透明程度比较高，且很难会变黄，能够在180-300℃高温下依然处于固体状态，且硬度非常高。在对该种材质的环氧树脂进行调配搅拌过程中，其并不会产生气泡，能够作用于母排密封包装方面，具备较好的绝缘性。该种符合本次工程设计的环氧树脂主要由两种成分组成，第一种是树脂胶，第二种则是凝固剂，将两种成分按照3：1的比例进行调配，并保证对其进行充分搅拌。此时在完成包封材料的调配以后，需要遵从电缆连接母排的实际形状来进行模具制作，本次设计中将主要通过木板来进行支模，并且采用防火泥来对模板的模具底部进行封堵，避免在将环氧树脂液体倒入模具以后会出现渗漏的情况。为了避免包封材料出现气泡，每个电缆井都需要分两层浇筑，第一层浇筑先浇筑到电缆井的底层，并且完成浇筑以后，将其静置24个小时。在环氧树脂中气泡都已经被排除以后，再继续进行顶层的浇筑。在该种工艺流程下的环氧树脂所呈现出的凝固状态具备透明晶体的外观，且并无气泡产生，其绝缘性能和防水性能都处于最佳状态，能够对电缆线路进行很好的密封包装，从而保障电缆线路的长期运行。具体如图4所示。

除了上述关键技术需要在施工环节特别注意以外，为了确保龙门换流站接地极工程的绝缘防护性能更好，还需要做好施工前的电缆井内壁绝缘准备工作。一方面，依靠油毛毡或者是清漆等物质来进行绝缘，因为工程施工的周期比较长，电缆头包封本身就会受到诸多因素的影响，为了杜绝杂质或者是杂物进入到绝缘层当中，需要在电极井、电缆井等开挖过程中就做好开口的设计，并且要预留出绝缘操作的幅度[5]。另一方面，注意对碳粉的处理。因為龙门换流站接地极工程所处的地理位置在地质上主要是以粉质黏土或者是石灰岩为主，因此该工程中早挖掘的电极井很有可能会遭遇溶洞的情况，且溶洞也处于不断发育的状态。如果电极井挖掘期间与溶洞连接，很有可能在碳粉填充环节产生碳粉大量流失的情况。[6]而碳粉下沉以后必然会对馈电棒的埋设效果产生影响，也影响到整个接地极工程的质量。因此，需要将电极井开挖至46m深（设计深度43m），在坑底回填6m深的填料（石头、土、水泥），采用冲孔的方式将底部进行夯实至设计深度。

结束语

综上所述，在龙门换流站的接地极工程中需要特别注意对绝缘护筒的设计和施工，也要注重对电缆连接母排的绝缘防水包封工艺优化。做好对电极井开挖之前的基础准备工作，并注重密实碳粉，选择合适的环氧树脂材料，从而消除绝缘密封流程中的安全隐患。在优化关键技术和加强施工管理的情况下，接地极工程质量能够满足换流站稳定运行的需求。

参考文献：

[1]李琨，刘俊杰.特高压宜宾换流站直流穿墙套管故障分析及保护配置策略优化建议[J].通讯世界，2019（6）：136-137.

[2]秦艳辉，张述铭，赵夏瑶，等.计及接地极偏磁治理策略的新疆电网GIC水平评价研究[J].电工技术，2019（13）.

[3]王飞，禹晋云，吕涛，等.分布式光纤测温技术在普侨直流接地极中的研究与应用[J].电气自动化，2018，040（004）：111-114.

[4]刘从法，殷飞，周楠，等.±1100kV古泉换流站接地极对变压器直流偏磁的影响[J].电力工程技术，2018，037（003）：P.145-150.

[5]曾文龙，曹军，李乾坤.基于某换流站交流滤波器电缆绝缘不良故障特征分析的控保电缆运维选型建议[J].新型工业化，2019，009（001）：31-39.

[6]李天祥，常亮，彭迅.关于年度检修期间频繁发生CT电缆对地绝缘不足问题的分析和对策[J].电子世界，2019，563（05）：75-76.