直流线路共用接地极极址常见检测项目的必要性及检测方法

直流线路共用接地极极址常见检测项目的必要性及检测方法

陈远登黎宏山林明杰刘延超

（中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局广州510405）

摘要：直流接地极在直流电力系统中是不可或缺的一部分，接地极的故障可能造成线路的不稳定，严重的话甚至导致线路的停运和人生安全事故的发生。每条直流线路相对应都配套着直流接地极，本文以±500kV兴安直流、±800kV楚穗直流共用接地极极址（鱼龙岭接地极）为例，介绍共用接地极极址常见检测项目的必要性及检测方法。

关键字：共用接地极，维护，必要性，检测方法

Abstract：Direct-current(DC)groundingelectrodeisanindispensablepartintheDCpowersystem,thegroundingelectrodefaultmaycausestheinstabilityoftheline,theconditionseriousspeech,itevenleadstothelineoutageandtheoccurrenceoflifesafetyaccident.EachDCtransmissionlineiscorrespondinglymatchedwithaDCgroundingelectrode,with±500kVXing-AnDC,±800kVChu-SuiDCcommongroundingfield(Yulonglinggroundingelectrode)asanexample,thispaperpresentsthenecessityanddetectionmethodofcommontestitemsofcommonearthelectrodefield.

Keywords：commongroundingelectrode,maintenance,necessity,detectionmethod.

0引言

直流接地极，就是放置在大地或海中，在直流电流的一点与大地或海水间构成低阻通道，可以通过持续一定时间电流的一组导体及活性回填材料，它是高压直流接地极系统的主要组成部分，在直流输电系统单极大地返回运行方式和双极运行方式中分别担负着导引入地电流和不平衡电流的重任。接地极所在的地理位置叫做接地极极址，而在极址范围内主要包含接地极和接地极馈流线，要保证接地极系统正常运行，必须保证接地极和接地极馈流线的各项参数在设计标准内，因此直流输电系统运行后极址的维护尤为重要。极址是电流的入地点，通过接地极线路与换流站中性点连接，若接地极线路过长，换流站双极正常运行时的中性点电位将增大，不利于运行，且线路较长的话会增加投资、增大雷击几率，导致可靠性相应降低[1]。目前广东境内的换流站主要位于珠三角洲地区，随着直流线路的不断增加，想在珠三角洲地区找到地形平坦、土壤电阻率低、面积也符合的这么多个配套的接地极极址是件不容易的事，这时在满足安全运行的前提下可考虑共用接地极极址，这样不仅可以节省投资也能减少对环境的影响。本文将以±500kV兴安直流配套安侧接地极极址和±800kV楚穗直流配套穗侧接地极极址（地理位置位于鱼龙岭又称为鱼龙岭接地极）为例，介绍共用接地极极址维护过程中常见检测项目的必要性及相关的检测方法。

1鱼龙岭接地极介绍

兴安直流、楚穗直流共用接地极极址（鱼龙岭接地极）位于广东省清远市飞来峡区江口镇鱼龙岭村，鱼龙岭地势低洼，平坦开阔，极址北面约300米处有土路通过，距东北面佛冈县城约25公里，距西面清远市中心约29公里。极址周围村庄较少，且都分布在极址的北面。极址南侧是潖江，极址范围内无地质全新活动和断裂构造，位置适宜建造极址。接地极极址的设计单位是广东省电力设计研究院，监理单位是广东天广工程监理咨询有限公司，施工单位为河南送变电工程公司。兴安、楚穗两大直流系统分别于2007年和2009年6月投入运行，兴安直流输送容量3000MW，额定电流3000A；楚穗直流输送容量5000MW，额定电流3125A。楚穗直流还是世界上第一条特高压直流线路，为保障其运行的稳定性和可靠性，对于其配套的穗侧接地极，弄清楚日常需要检测项目的必要性及相关检测方法以保证各项参数正常具有历史性的意义。

从换流站接地极引流线到接地极中心构架后，分四路利用电缆直埋敷设接到鱼龙岭接地电极的内外环。电极环又称馈电环，一般置于地下铺设的炭床中央。兴安直流与楚穗直流共用接地极方案采用采用直径为φ940M＋φ700M二同心圆环电极，电极采用水平型排列方式，电极外环采用φ70钢棒，埋深4.0m，内环采用φ60钢棒，埋深3.5m。整个电极环由焦碳包围，焦碳的作用主要是为了更好地散流和减少电极环的电腐蚀作用；焦碳断面尺寸为1.1m×1.1m（外环）、0.7m×0.7m（内环）。为了确保电极安全运行，在电极周边设置电缆检测井（24个）、渗水井（42个）等装置，监测电极温升，土壤温度，电流分布和跨步电压等。在两路接地极线路与接地极之间设置隔离开关，以便运行检修之用。

鱼龙岭共用接地极在有电流注入的时候会以内外极环为通道往大地泄流，因此，对极址进行维护时需对内外极环的所有检测井和渗水井进行检测，以保证鱼龙岭共用接地极处于正常状态。

2极址维护常见检测项目的必要性及检测方法

直流输电的特殊性决定了接地极极址维护的重要性，而鱼龙岭接地极是共用接地极，关系着两条直流线路的的运行情况，对鱼龙岭接地极的维护显得尤为重要。直流接地极是埋藏在地下的，看不到摸不着，是隐蔽工程，在运行时主要会涉及到接地电阻超标、馈电环发热以及导流电缆等接地设备损坏等情况，若出现这些情况将直接影响换流站的正常工作，对交流电网及变压器带来严重的影响[2]。超高压输电公司广州局对极址开展的人工检测工作主要为以下六个方面：温升检测，湿度（水位）检测，电流分布检测，跨步电压及接触电势测量，接地电阻测量，接地极开挖检查。下面介绍鱼龙岭极址维护过程中涉及到的各检查项目的必要性及检测方法：

2.1温升检测

温升检测顾名思义就是对接地电极进行温度的测量，以确保电极温度在最大允许温度范围内。接地极在单极大地方式运行时会存在地电流，而在双极并联方式运行时会存在不平衡电流，存在电流必然会发热，若在正常状态接地极的发热量会及时地向外界散热，使温度保持在设计允许的范围内，而若出现发热异常则表示接地极出现了异常。出现这种状况主要是不平衡电流变大或人为破坏等引起的接触不良造成的，这时候接地极有可能有极井出现了问题，若不能及时测量温度发现问题，任由发展，会导致极环电流越来越不平衡，最后多米诺效应，极井一个接着一个坏，最终发生类似20世纪90年代南桥极址温升过高导致极址报废重建，线路停运的故障。因此，单极大地方式运行的年份，在旱季或夏季需进行一次温度测量，以确保接地极正常运行。

鱼龙岭接地极极址一共有24个温度检测装置，内环和外环各12个，安装在与馈电棒相连接的入流点处，检测装置由三根φ100聚氯乙烯塑料管（PVC管）放在垂直于电极（该处切线）的直线上，间距为400毫米，第一根管子放在电极（焦炭）上平面的中央位置，第二和第三根管子的地步与电极底面（焦炭基面）平齐。每根管子上标有编号，管盖内标有埋深。

电极的热时间常数比较大，在正常的情况下，电极若以最大额定持续电流运行，需要八个月方能使电极表面温升接近设计允许温升。因此，检测电极温升需要花较长的时间。在电极投入允许1—2天里，应每隔4—6小时测量一次；两天以后，可一天测量一次；十天以后，每星期测量两次，一个月以后，应每星期测量一次；三个月后，可一个月测量一次；一年后，应半年测量一次。根据每次测量记录的结果，可分析出电极运行情况是否正常，在正常情况下，电极的温升应始终小于设计允许温升，且各处温升应基本相同。

测量方法：用温度计放入检测孔管子底部进行测量，或用CT15温度测量仪（精度±1℃），将温度传感器探头伸到管子的底部进行测量。

2.2湿度（水位）检测

检查接地极水位是极址维护的又一重要检测项目。水位的主要作用为保持土壤的电阻率，若水位低于接地极所在位置，接地极处于干旱状态会导致土壤电阻率变大，发热将增多，不利于接地极的运行；而且焦碳在完全干燥的环境里面无法带走产生的热量，这将导致接地极越来越热，最终产生过热的问题。因此，在设计时设有渗水孔以防出现水位过低的情况下能往接地极人工注水，保持其湿度（水位）稳定，以利于线路安全运行。

接地极以大地返回方式运行到50%额定持续运行时间时或旱季需检测水位或湿度；若电极处于水饱和土壤中，可直接测出地下水位，可不考虑人工注水；非饱和土壤需使用湿敏电阻或探针测量，易干燥地段，须经常注意土壤湿度变化情况，必要时通过渗水孔人工注水保持土壤湿度。

2.3电流分布检测

接地极在以单极大地方式和双极并联方式运行时都会有电流流过，接地极在正常情况下流过的电流值趋于稳定，保持在设计允许的范围内，而出现人为破坏等因素导致极井破坏，接地电阻变大后，会使得电流值发生变化，发热出现异常，这时若不加以检测及时发现问题，将导致问题愈演愈烈，最后导致极环的全部破坏，影响线路运行，因此，对接地极进行电流分布检测十分有必要。鱼龙岭极址维护过程中，定期每半年检测一次流过各导流线和引流电缆的电流，由于接地极在单极大地方式运行时流入的电流较大，必须要及时测量，若电流过大需及时采取措施。

鱼龙岭极址维护过程中，用电流表测量各馈电电缆的电流，根据其电流值可以检查出电流分布情况，在正常情况下，流过馈电电缆的电流值同它所连接的电极长度大体上成正比，并且所占比例始终基本不变。如果所测得的电流值同它第一次测得的电流值相差较大，则说明电极不连续（跳线电缆断或馈电环腐蚀断）或土壤变得干燥，需要进行检修或人工注水。

测量方法：用块LH1040型直流电流传感器（精度±1.3%），尽可能同时间测量各分支电缆中的电流值。接地极总入地电流为各分支电缆电流之和。

2.4跨步电压及接触电势测量

跨步电压指的是当高压直流接地极运行时，人体两脚接触该地面且水平距离为1m的任意两点间的电位差；接触电势是指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以上垂直距离为1.8m处两点间的电位差。由于接地极位于水田等地势平坦的地方，在其周围经常会有人畜活动，若不清楚极址的跨步电压情况贸然进入，可能会由于跨步电压过大导致发生触电事故。因此，要求在单极大地运行方式时需要进行跨步电压及接触电势测量，这是由于此时是接地极流入电流最大的时候，若此时极址的跨步电压及接触电势满足设计要求，则说明在极址周围进行正常活动是允许的。没有以单极大地方式运行也要每年测量一次跨步电压及接触电势，检查极址是否存在安全隐患。

通过测量跨步电压及接触电势可判断人畜进入该地区的安全性；最大场强发生在电极环外侧，距电极水平距离等于该处电极埋设深度的地方。在最大瞬时（3秒）入地电流7325A时，底面最大允许跨步电压为5+0.03ρv/m（ρ为接地极大地土壤电阻率）。

测量方法：最大跨步电压测量采用DY60数字表和2支铜—硫酸铜参比电极，在最大场强处，且垂直于电极环方向，测量1m间距的底面电位差，并不断改变测量方向，以获得同一点的最大跨步电压值。最大接触电势测量，采用DY60数字表和1支铜—硫酸铜参比电极测量距引流塔水平距离1m地面与塔身1.8m高处两点之间的电位差（电极接地面、表针接铁塔）。

2.5接地电阻测量

接地极接地电阻值需在设计要求范围内，这样可以保证接地极的发热能及时地通过焦碳等方式往外散热，若接地电阻变大则可能导致发热量变大，不能及时散热，从而出现恶性循环，问题越来越严重，最后导致接地极系统崩溃。因此，对接地极进行接地电阻测量，掌握接地极的接地电阻值对判断极址是否发生故障具有重要意义。

接地电阻是接地极的最重要参数，通过测量可以确定接地极的电性能，鱼龙岭接地极的设计值为0.228Ω。在极址维护过程中，要求有单极大地回路运行的年份，每年一次，在双极停运时进行接地电阻的测量。

测量方法：采用电流注入法，即电流—

电压表法。以系统电流I为试验入地电流，距接地极尽可能远处选择参考点，测量接地极与参考点检的电位差U，以确定接地极的电位升高。通过与入地电流的比值来获得接地电阻值，即R=U/IΩ。

2.6接地极开挖检查

接地极是隐埋在地下的，看不见摸不着，在地下接地极可能遭受各种各样的情况，人为破坏、电化学腐蚀等等。而且接地极在损坏、腐蚀后是无法用肉眼直接看得到的，这需要运行人员在接地极运行一定年份后对其进行开挖检查，以确定其腐蚀情况等，再视情况对其采取措施进行维护，确保接地极安全稳定运行。

在有单极大地回路运行的年份，注意对周边环境与生态影响的收集。在鱼龙岭接地极设计寿命（37年）内，每10年，寿命外每5年双极停运时选择2-3段电流较大处开挖，以确定腐蚀程度，或其他项目发现异常时开挖。

2.7小结

综上所述，接地极故障主要是由于电流不平衡不断发展、局部发生破坏或第三方破坏引起的，温升、湿度、电阻、电压等的异常是其表象，是接地极故障后不同时间阶段的不同表现。他们之间也有一定的联系，温升的异常可能伴随有湿度变化和电阻的变化。因此，这些检测项目都是必须的，通过检测这些项目能形成互补，及时发现接地极异常，将问题扼杀在摇篮里，确保线路安全稳定运行。

3结语

通过介绍鱼龙岭共用接地极维护过程中常见检测项目的必要性及检测方法，讲述了这些项目检测的必要性以及其超标后可能会造成的后果，并给出了超高压输电公司广州局在极址维护中使用的检测方法。此文同样适合于其他水平型极址的维护，对于垂直型接地极极址的维护具有借鉴意义。

参考文献

[1]张劲松.广东地区换流站采用共用接地极的设想[A].广东电力.

[2]朱传刚，金涛.±500kV直流接地极线路及极址运行检测分析[A].中国科技期刊数据库.

作者简介

陈远登（1978），男，助理工程师，主要从事输电线路运行维护工作，adencyd@163.com；

黎宏山（1984），男，助理工程师，主要从事输电线路运行维护工作，mvp8618@163.com；

林明杰（1993），男，助理工程师，主要从事输电线路运行维护工作，18833279884@163.com；

刘延超（1987），男，助理工程师，主要从事输电线路运行维护工作，417912345@qq.com。