±800kV雅中换流站接地极工程选址及设计研究

王婷婷 梁明 魏德军

摘要：根据接地极选址及设计条件，雅中换流站卫城极址场地自身条件较好，同时由接地极对周边设施的影响研究可知，周围设施不影响极址成立，该极址的选择突破了国网企标《高压直流输电大地返回运行系统设计技术规程》中接地极距换流站30 km及以上的要求，为接地极选址拓宽了思路。

关键词：接地极;极址选择;设施影响

0 引言

高压直流接地极是直流输电工程中必不可少的重要设施，它担负着导引入地电流及不平衡电流、钳制换流阀中性点电位和避免两极对地电压不平衡而损害设备的重任。

接地极选址及设计需满足以下基本条件[1-2]：

（1）极址需满足相关标准、导则、规程及系统条件的要求和可靠性要求，通过多方案技术经济比较，择优选择，做到安全可靠、经济合理，且对周围设施影响小;

（2）极址开阔，选择具有土壤电阻率低、导电性能好的散流区;

（3）极址处土壤含有足够的水分，导热性能好，热容率高;

（4）极址区域地面平坦、稳定，不会被洪水冲刷;

（5）极址与换流站有一定距离，但也不宜过远，接地极线路走线方便并尽量短;

（6）极址与具有接地系统的交流变电站、输电线路、地下金属管道、油库、气田、铠装埋地光（电）缆、铁路及其他大型地下设施等保持足够距离;

（7）极址处房屋密度小，尽量远离城市和人口稠密的乡镇;

（8）交通方便，施工和运行维护方便。

上述选址要求决定了接地极极址资源有限，选址与设计较困难。

1 雅中换流站接地极选址

根据系统规划资料，雅中—江西±800 kV特高压直流输电工程采用单回架设方式建设，接地极按一回直流系统单独使用设计，额定电流为6 250 A，2 h最大过负荷电流为6 710 A，不平衡电流为10 A，额定持续运行时间30 d，运行寿命60 a，接地极腐蚀寿命56.4×106 Ah，最高允许温度为81.37 ℃。

±800 kV雅中换流站站址位于四川省凉山州盐源县，东南距盐源县约12.5 km，东北距西昌市约85 km。换流站周围约200 km区域属大凉山、攀西、滇西北山区，山区土壤电阻率普遍偏高，且土层不均匀，所以极址资源极少。

在换流站周围约150 km区域范围内，比选出14个可能极址点，经初步技术、经济比较，综合协议及其他相关意见、要求，初步确定了位于四川省凉山州盐源县卫城镇的卫城极址。

卫城距雅中换流站直线距离20 km，对应接地极线路长约22.5 km。

2 卫城极址

关于接地极极址比较，主要从自身条件、对周围设施影响以及当地政府及相关部门意见3个方面进行研究。

2.1    自身条件

卫城极址区域场地地貌单元属河流阶地，地形开阔平坦，地表高程约2 440～2 450 m，浅层土壤电阻率较低（目前数据低于100 Ω），深层土壤电阻率低（低于50 Ω），地下水位较高（0.90～2.80 m），主要种植苹果树、大樱桃树等，极址北侧有河流经过，东侧有水库，南侧为山地，四周房屋较多。整个场地东西向长约1.2 km，南北向宽约0.6 km。

2.2    对周围设施影响情况研究

卫城极址距换流站仅20 km，不满足国网企标《高压直流输电大地返回运行系统设计技术规程》（Q/GDW 11667—2017）中接地极距换流站30 km及以上的要求，但如果卫城接地极对雅中换流站、周围变电站、输电线路、管道、通信线路、地磁台等设施的影响研究结论为无影响，或有影响但影响程度在可接受范围，治理措施代价也可接受，那么卫城极址就是成立的。

卫城极址周围有±800 kV换流站（拟建）、500 kV变电站、220 kV变电站、110 kV变电站、±800 kV直流线路（拟建）、500 kV输电线路、220 kV输电线路、110 kV输电线路及盐源卫城地震台（地磁台）。

2.2.1    对变电站影响及防护措施

根据规定，评估直流接地极对附近变电站直流偏磁的影响时，应考虑的交流电网范围至少应包括地电位升大于3 V的区域。

在实测土壤模型下，计算卫城极址附近100 km范围内的地表电位分布，由于土壤电阻率较低，距离接地极6.87 km处的地表电位就降至3 V以下。

电网建模时将极址周围50 km范围内全部接地的110 kV/

220 kV/500 kV换流站、电厂及与其直接有电气连接的变电站、电厂均纳入计算范围之中，其涵盖范围远大于3 V区域。

由于变压器偏磁的耐受能力标准目前尚未统一，暂时参考以往工程经验，当偏磁电流超过表1中的数值时，认为偏磁电流超标。

在实测土壤模型下，计算卫城接极周边变压器直流偏磁電流，根据计算结果，只有500 kV盐源变（-14.37 A）超限制，根据偏磁治理原则，500 kV盐源站面临直流偏磁风险，需要进行直流偏磁风险治理。治理方案为在变压器中性点加入串容隔直措施。而对雅中换流站不存在偏磁影响。

2.2.2    对输电线路影响及防护措施

接地极对杆塔接地装置的腐蚀量是衡量对输电线路影响的重要指标。

经对杆塔接地体的腐蚀量计算，受影响腐蚀较严重的为500 kV盐二线（同塔双回）部分杆塔接地装置，经计算腐蚀不明显，出于安全考虑，对特别接近的杆塔可按采取加装阳极的措施考虑。

2.2.3    地磁台的影响

卫城极址距盐源卫城地震台（地磁台）间距约1.5 km，不满足国家标准《地震台站观测环境技术要求 第2部分：电磁观测》（GB/T 19531.2-2004）第5.3.3条的要求（即0.2倍不平衡电流，本工程不平衡电流为10 A，则防护间距为2 km）。

经与四川省地震局协商，对方要求首先应尽量远离，以满足间距要求，若确实无法远离，可采取搬迁该台的措施。

极址周围50 km范围内无其他油气管道、铁路、埋地电缆等相关设施。

2.3    接地极本体设计及技术指标

2.3.1    极环布置方案比较

根据极址区域地形、地貌、地物、河流、道路、水文条件、相关设施等情况，本工程拟定了双环圆形、双环短跑道形、双环长跑道形3个极环布置方案。

经比较，双环短跑道形方案极环埋深、焦炭边长尺寸适中，馈电棒、焦炭用量相对较小，基槽开挖难度较小、涉及面积相对较小，节省投资，故极环布置方案推荐采用双环短跑道形。

2.3.2    电极材料

由于本工程额定电流较大，接地极的腐蚀寿命要求高。根据设计规程并参照以往工程经验，电极材料推荐采用抗电解腐蚀性能良好、施工方便且具有工程应用经验的高硅铬铁。

为增加馈电元件的表面积，降低电极与土壤交界面处的电流密度和接地电阻，同时降低对馈电元件的腐蚀作用，通常在馈电元件周围填充活性材料，本工程填充材料推荐采用用高温煅烧的石油焦炭。

2.3.3    导流系统

为尽量减小接地极对周围环境的影响，本工程导流系统推荐采用地下电缆方式。

2.4    协议情况

卫城极址协议取得了当地政府及相关部门的同意。

3 结语

卫城极址距换流站仅20 km，经勘探和技术研究，卫城极址自身条件较好，接地极本体设计方案成立。接地极对雅中换流站无影响，对周围其他设施的影响程度在可接受范围内，且治理措施代价可接受，卫城极址协议取得了当地政府及相关部门的同意，卫城极址选择是可行的。卫城极址的选择突破了国网企标《高压直流输電大地返回运行系统设计技术规程》中接地极距换流站30 km及以上的要求，为接地极选址拓宽了思路。

[参考文献]

[1] 高压直流输电大地返回运行系统设计技术规定：Q/GDW 11667-2017[S].

[2] 郭剑.直流接地极对电气化铁路的电磁影响[J].高电压技术，2013，39（1）：241-250.