特高压直流输电接地极中预制舱方案的应用设计

李雪城，吴俊辉，陆朝阳，刘广州

（常州博瑞电力自动化设备有限公司，江苏 常州 213025）

0 引 言

随着我国经济的快速发展和国民生活水平的不断提高，用电需求持续增加。我国因特有的负荷中心和能源资源的逆向分布，导致电力供给与需求之间存在严重的不平衡，由此提出了“西电东送”等一系列调节区域资源负荷不平衡的政策措施。而特高压直流输电技术可以实现远距离、稳定、低损耗的电能传输，满足能源中心与负荷中心跨多区域的点对点高效传输[1]。

接地极是特高压直流输电系统的重要组成部分，在系统中起到钳制中性点零电位的作用，在单极大地回路运行方式中为直流运行电流提供通路[2]。接地极的特性决定了它的选址通常在离人群较远的偏远地方，距离换流站几十千米。在极址的建设过程中，为了节省占地面积、缩短施工周期，需要采取非常经济高效的建设模式。预制舱技术具有占地少、造价省、效率高特点，恰好可以满足要求。国家电网有限公司（简称国网）的运维检修部在2016 年开始启动一些老站接地极预制舱试点，并且从2017 年起，国网直流建设部在新建接地极站主要采用预制舱方案[3-5]。

1 接地极预制舱技术方案设计

特高压直流输电接地极一般都是无人值守站，需要对红外测温、入地电流、视频监控、电子围栏安防报警及设备报警等信息进行采集、监测、传输。接地极预制舱内需布置站用变压器、进/出线开关柜、直流电源柜、交流配电柜、合并单元柜、通信柜及在线监测柜等主设备。此外，需要设置视频监控、火灾报警及气体灭火等辅助系统。

根据主设备特点，同时考虑安全因素，常规接地极预制舱的典型布置方案如图1 所示。变压器、进/出线开关柜和二次屏柜（含交直流电源）3 种主设备分别设置在一个隔室内。按照主接线顺序，变压器室设在开关柜室和二次设备室之间。变压器室和开关室之间可设检修门，方便检修人员进出。开关柜室内布置有进线开关柜和出线开关柜，为方便大直径带铠电缆在舱内布线（增大弯曲半径），建议出线开关柜布置在远离变压器的一侧。当接地极站位于重风沙地区，接地极预制舱需另外增加防风沙门斗（见图2）。防风沙门斗设于二次设备室和变压器室之间。

图1 常规接地极预制舱典型布置方案

图2 重风沙环境下接地极预制舱典型布置方案

2 接地极预制舱设计要点

2.1 接地极预制舱结构设计

2.1.1 舱壁结构设计

接地极预制舱的舱壁外立面一般采用不锈钢瓦楞钢板，具有优良的综合力学性能及耐候性，适用于接地极站较恶劣的使用环境。舱壁从外到内依次为不锈钢瓦楞钢板、碳钢骨架、保温岩棉层以及镀锌钢板（见图3）。舱内各隔墙两侧都采用镀锌钢板，隔墙壁结构参照舱壁结构。钢板之间需要填满岩棉，保证耐火隔热性能。

图3 接地极预制舱舱壁结构

2.1.2 底框结构设计

接地极预制舱底框结构（见图4）为焊接成型一体式结构，3 个隔室共用一个底框。变压器和开关柜重量较重，底框结构得先保证舱内各设备的承载要求。舱内设备尤其是开关柜和变压器还需核实是否需要垫高舱体底框，以避免柜门/变电器门下方出现干涉问题。由于开关柜和变压器隔室重量大于二次设备室重量，舱体存在偏重现象，舱体采用底部吊装时，需考虑底部吊点布置位置。

图4 接地极预制舱底框结构

舱体内部走线通过底框电缆夹层实现。底框采用双层走线结构，电缆层位于上层，光缆层位于下层，可保证光缆进出屏柜有足够的转弯半径。一次设备之间单独设一次线缆走线通道。

在底框夹层里，沿3 个隔室的设备布置方向还需设置2 层专用接地铜排，铜排布置位置需方便3个隔室内的设备使用。铜排上层为一次接地排，与舱体金属底框直接连接；下层为二次接地排，与上层一次接地排通过绝缘子隔开。在底框外侧，需要设置接地端子，与现场主接地网预留的接地扁铁进行螺栓连接，实现舱体接地。

二次设备室使用防静电地板，开关柜室和变压器室均使用花纹钢板地板，上面铺设绝缘垫。底板上需开设二次线缆进出线孔，开关柜室在进线开关柜下方需预留外部一次线缆进线孔。此外，预制舱底板上建议开设人井孔，方便人员进入预制舱下方基础。

2.1.3 舱顶结构设计

舱顶为人字型双斜坡结构（见图5），从外到内依次为舱顶上盖板、碳钢骨架、保温岩棉层以及吊顶。舱顶上盖板采用304 不锈钢材料，具有良好的防腐蚀性能。吊顶通常采用集成吊顶。整个舱顶和舱壁焊接为一个整体，具有很好的抗风雪能力。

图5 接地极预制舱舱顶结构

2.1.4 防风沙门斗设计

当接地极位于重风沙地区，接地极预制舱需要进行防风沙门斗设计。门斗为一个封闭的小空间，前面设外部进入的正门，两侧设进入隔室的侧门，背面为墙壁，如图6 所示。防风沙门斗相当于缓冲隔断区，能够有效防护舱内不被风沙侵扰。检修人员进入各隔室需要先从防风沙门斗进入。

图6 接地极预制舱防风沙门斗结构

2.2 接地极预制舱辅助系统设计

2.2.1 照明系统设计

接地极预制舱3 个隔室内均需配置正常照明、事故照明以及应急照明。正常照明和事故照明采用嵌入式发光二极管（Light Emitting Diode，LED）照明灯具，均匀布置在隔室的通道上方。正常照明和事故照明由照明开关控制。各隔室的照明开关应设置于门口处，方便控制。应急照明包括应急灯和疏散指示灯，布置于每个隔室的进出口位置。

2.2.2 通风及散热系统设计

接地极预制舱每个隔室的散热量不同，根据每个隔室内的散热量要求，配置相应制冷量的空调进行散热。根据接地极站特点，空调优先选择工业空调，具备来电自启动、故障报警等功能。

除了空调散热系统，每个隔室还应设置通风系统。通风系统由下进气排风扇和上排风过滤器组成。采用正压通风方式，新鲜冷空气由一侧较低位置进入，热空气由另一侧较高位置排出。由于舱内空气压力大于舱外，灰尘不易从可能的缝隙进入舱内。排风扇不工作时内外无空气交换，不影响空调制冷或加热效果。

2.2.3 视频监控系统设计

接地极预制舱每个隔室内需安装一个视频摄像头。视频摄像头宜设在主要通道中便于观察舱内设备的位置，最好能覆盖舱内所有设备。优选壁装方式，在一些特殊情况下也可以采用顶装方式。

2.2.4 消防系统设计

接地极预制舱内应配套设置火灾报警系统及无管网七氟丙烷气体灭火系统。气体灭火系统与火灾报警系统联动。整套消防系统由消防主机、控制模块箱、气体灭火控制器以及3 个分区的烟感、温感、声光报警器、紧急启停按钮、警铃组成。每个隔室为一个分区。接地极预制舱内的消防系统工作逻辑原理如图7 所示。

图7 接地极预制舱内消防系统工作逻辑

2.2.5 供电系统设计

接地极预制舱不设壁挂式配电箱。3 个隔室内空调、风机、正常照明以及插座等电源由二次设备室内交流配电柜提供。事故照明可由配套蓄电池的直流电源柜供电，当正常照明系统无法工作时，可切换至事故照明。应急照明由于自带蓄电池，也可以由交流配电柜供电。为了满足消防切电需求，一般交流配电柜内风机、空调等空开都需要配置分励脱扣器。

3 结 论

预制舱方案在特高压直流输电接地极中应用，是将传统的“现场建造”模式转变成“厂内预制”模式，可解决在较偏远地区不方便建造建筑物的问题，且能大幅缩短施工工期、降低建设成本、提高建设管理效率。本文先提出了常规环境和重风沙环境条件下的2 种典型布置方案，再从舱体结构和辅助系统2 个方面来阐述接地极预制舱设计要点，以保证舱内设备运行环境可靠稳定。舱体结构主要考虑舱壁、底框、舱顶以及防风沙门斗等部分设计，而辅助系统主要考虑照明系统、通风及散热系统、视频监控系统、消防系统以及供电系统等方面。