DL437-1991高压直流接地极技术导则.pdf

'中华人民共和国电力行业标准DL437-91高压直流接地极技术导则中华人民共和国能源部1991-09-18批准1992-03-01实施1主题内容与适用范围本技术导则规定了高压直流接地极的名词术语定义、技术条件、试验项目与方法，以及运行维护。本技术导则适用于单极和双极运行的高压直流输电系统两端接地极，不适用于换流站接地系统。2定义除本章规定的名词术语外，其余均符合有关国家或专业标准(部标准)的规定。2.1高压直流接地极系统(简称接地极系统)HVDCearthelectrodesystem在高压直流输电系统中，为实现正常运行或故障时以大地或海水作电流回路的运行而专门设计和建造的一组装置的总称。它主要由接地极线路、接地极馈电电缆和接地极组成。2.2接地极线路Earthelectrodeline连接换流站中性母线与接地极馈电电缆的架空或地下线路。2.3接地极馈电电缆Earthelectrodefeedercable连接接地极和接地极线路的电缆。2.4直流接地极DCearthelectrode放置在大地或海中，在直流电路的一点与大地或海水间构成低阻通路，可以通过持续一定时间电流的一组导体及活性回填材料。2.5高压直流系统的地电流GroundcurrentofHVDCSystem在直流系统中，通过大地或海水从一个换流器的端子流向另一换流器的端子的任一种极性的电流。该电流是一种有意施加的电流，而不是故障和泄漏电流。2.6接地极址Electrodesite 接地极所在处所。2.7最大短时工作电流Maximumshorttimeworkingcurrent换流阀在最高环境温度时能输送的最大短时负荷电流。2.8最大连续电流Maximumcontinuouscurrent换流阀在最高环境温度时能连续输送的固有负荷电流。2.9持续额定工作电流Continuousratedcurrent设计的额定电流。2.10泄漏电流Leakagecurrent在直流电压下通过电介质和其它绝缘流入地中的直流电流，或是通过地下的金属埋设物流入地中的电流。2.11电渗透作用Effectofelectricalpermeation大电流产生的强电场迫使接地极附近土壤中的水分子离开阳极的作用。2.12跨步电势Steppotential当高压直流接地极运行时，人体两脚接触该地面上水平距离为1m的任意两点间的电压称为跨步电压。2.13接触电势Contactpotential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的垂直距离为1.8m处两点间的电位差。2.14转移电势Transferpotential接地极运行时，人站在接地极附近地面触摸在远方接地的导体，或人站在远处接触在极址接地的导体，能承受的接触电势为转移电势。转移电势的最大值为接地极电位升高的数值。3直流接地极技术条件3.1一般技术准则3.1.1直流接地极设计应分别情况考虑最大短时工作电流、最大连续电流和持续额定工作电流。3.1.2直流接地极的设计寿命在规定的运行方式下一般应不少于30年。3.1.3直流接地极一般由两个或以上分隔的元件组成，以利检查和检修。3.1.4为防止高压直流接地极的地电流对换流站的腐蚀和干扰，高压直流输电系统中接地极为换流站间的直线距离宜不小于10km，并保证换流站的接地网与接 地极完全分开。3.1.5直流接地极一般有环形、星形、直线形、射线形、栅格形等形状，宜根据极址地形、地质、水文、交通状况等条件，从施工方便、技术经济合理两方面来确定原则。3.1.6直流接地极埋深应大于1m，尽可能埋设于地下水位和冻土以下或装设注水装置。注水装置的水质要求及是否需要处理应由业主根据技术经济比较确定。3.2极址选择3.2.1对预选的接地极址必须进行20km范围内的地质、水文调查。调查内容至少包括：地质结构及各层的厚度：从地面到基岩的深度、基岩的厚度、海水冲刷情况、有等高线(陆地电极)或等深线(海洋电极)的预选极址地质详图。在调查资料不全时宜进行勘测。3.2.2直流接地极设计前要评价接地极对周围环境的影响，为此要调查接地极址周围50km半径范围内现有的和规划的输电线路、铁路、金属管道、钢筋混凝土管道、电话线路、埋设地下的电话和电力电缆、码头、港口及其它长1km以上的接地金属结构。对环境影响的评价可参照无线电干扰、电磁兼容及金属构筑物防腐的有关标准及法规。3.2.3直流接地极址一般应远离人口稠密的城市和乡镇以及地下有较多公共设施的地区。3.2.4直流接地极址选择应考虑有关安全和环境保护的法令和法规。3.2.5直流接地极的极址选择宜通过不少于3个方案的技术经济比较来确定。3.3大地参数确定3.3.1直流接地极设计必须考虑下列大地参数：地下水位、大地电阻率、土壤温度、土壤热传导系数、土壤热容率。3.3.2接地极址的地下水位可以通过水文地质图查得或在现场通过实地探测获得。3.3.3大地电阻率的测量方法。3.3.3.1接地极址的大地电阻率一般采用在现场实地引入电流测量的方法测得。3.3.3.2现场测量大地电阻率的大地注入电流应为直流电流。3.3.3.3测试方法可以用任何传统的大地电阻率测试方法，例如温纳尔四极法，席兰伯格法，也可用附录A的不等距四极法。3.3.3.4接地极址大地电阻率的测试深度一般宜不小于2km，即两个电流极间距一般宜大于8km。3.3.4土壤温度3.3.4.1接地极址的土壤温度应进行至少两年的测量并得到最高温度、最低温度和平均温度数值。这个数值也可以从气象部门获得。3.3.4.2土壤温度的测量应考虑不同地质条件的测点及不同深度的温度，测量的最小深度应不小于接地极拟埋设的深度。3.3.4.3测量土壤温度用摄氏度数，精确度高于±0.5℃的各种测量装置或温度计 均可采用。3.3.5热传导系数直流接地极址土壤热传导系数可用试验室测试和现场测试两种方法中的一种方法来确定。表1列出了各类土壤、雪和冰的热传导系数。3.3.6热容率直流接地极址的土壤热容率确定，通常在实验室进行。土壤样品获取应考虑接地极址不同位置土壤的典型抽样。表2列出了通常所遇到的土壤的热容率88数值的一般范围。在缺少任何测量数值的情况下，可选用1.0×10～1.5×10(平83均1.3×10)J/m·℃的范围。表1热导率［(W/m·2℃)］物质名称干湿砂0.271.85带淤泥及粘土的砂0.431.90细末砂质壤土0.332.30粉砂壤土0.370.88带砂的粘土0.421.95火山土0.130.62黑色耕种土(冰冻)0.181.13褐色底土(冰冻)0.081.20黄褐色底土(冰冻)0.100.82带砂及淤泥的砾石0.552.55致密堆积的雪0.23冰(0℃)2.22表23物质名称热容率［J/(m·℃)×106］饱和度(%)土型干50%100%砂1.262.133.01粘土1.002.223.43腐殖土0.632.183.773.3.7未遭腐蚀或干扰的金属埋设物对土壤电位(相对铜——硫酸铜电极)一般在-0.85～-1.5V之间。这个数值可作为加以保护后的金属埋设物对土壤电位的控制标准。3.4设计标准3.4.1高压直流接地极的持续额定工作电流、最大连续电流和最大短时工作电流都是由整体系统设计确定的。 3.4.2接地极的极性是这样规定的：如电流是由大地流向接地极，则这接地极为阴极；而如果电流是由接地极流入大地，则这接地极为阳极。根据运行条件的改变，接地极的极性可能是变化的。对于固定极性的接地极设计，或两个接地极的极性不具有几乎相等的机率时，应注意其腐蚀的程度及材料的损耗是不同的。3.4.3直流接地极的可靠性应与系统的可靠性一致。3.4.4接地极对远处大地的允许电位升高由接地极址的物理性能即热导率和电阻率以及允许温升决定，即Vte=−2λρ(21t)(1)式中Ve——接地极允许的电位升高，V；λ——土壤的热导率，W/(m·℃)；ρ——土壤电阻率，Ω·m；t1——接地极址大地最高温度，℃；t2　——设计允许的接地极最高温度，℃。3.4.5接地极温升允许值的确定原则是保证在任何情况下接地极的温度不超过90℃，当接地极设有超温报警装置时，该温度值可放宽到95℃。3.4.6接地极接地电阻的设计值由下式确定VeRe=Ie(2)式中Re——接地极接地电阻，Ω；Ve——接地极允许电位升高，V；Ie——最大连续电流，A。3.4.7各种形状接地极接地电阻的计算宜考虑大地的不均匀因素，可采用计算机程序计算。3.4.8接地极表面电流密度一般由材料和防止电渗透来确定，宜控制在0.25～21.0A/m的范围内，但海中和水浸电极不受此限。3.4.9直流接地极最大短时工作电流时的电位梯度确定原则是：对于陆地接地极不会对人畜造成危害，对于水中电极不会吸引鱼类。前者一般为2.5V/m，后者应小于1.25V/m。3.4.10直流接地极在最大短时工作电流下所允许的跨步电势确定为2.5V。3.5材料3.5.1直流接地极材料选择的基本原则是：来源广泛；加工方便；良好的导电性；耐电腐蚀性强；腐蚀生成物无毒，不污染环境；经济性好；使用寿命长。3.5.2陆地直流接地极的金属导体需用活性材料充填，以减少其腐蚀，延长其寿 命。回填的活性材料一般是焦炭，主要是石油焦炭。其技术条件如下：炭＞92%；硫＜1%；灰分＜1%；挥发物＜0.2%；其它矿物质＜0.5%；电阻率＜0.2Ω·cm。3.5.3直流接地极根据电腐蚀损耗率计算的材料用量必须有50%～100%的设计裕度。4试验项目和试验方法及试验中应注意的问题4.1基本目的和一般原则4.1.1对于一个高压直流接地极系统的交接试验，主要有3个基本目的：a.接地极的各种参数应满足设计标准。例如接地极的接地电阻，在各种运行状态下的温升等都应满足设计要求，接地极各段元件的电流应均匀分配。b.接地极系统在最大运行电压下可能引起的跨步电压、接触电压和转移电压应限制在一定的水平之下，以保证在接地极址区域内活动的人畜的安全。c.了解接地极系统对周围地区的公用事业系统(水、电、煤气等)及通信系统的干扰和影响，以校核其是否符合设计要求。4.1.2本导则中规定的试验项目的时间顺序，在没有特殊说明时可同时或交叉进行。4.1.3为了测试人员、仪器和设备的安全，试验中的入地电流宜从小到大，分若干档次进行。4.1.4在不同的入地电流下，重复进行同一试验项目时，应使用同一仪表在相同的位置和方向进行。4.1.5如条件许可，各项测试项目宜在70％～80％或100%额定入地电流下进行一次。4.1.6整个调试过程中都要根据接地极址及其附近地中电场的特点，采取措施保护测试人员和试区内活动的人畜的安全。4.2外观检查4.2.1接地极系统在正式通电试验前应进行外观检查，确认接地极系统的地面部分及其与接地极线路的连接部件完整无缺；装配安装正确，尺寸符合设计要求后方可进行试验。4.2.2清除接地极址及其附近影响正常运行和测试工作的无关物品，对接地极表面土壤的自然破坏(冲刷或下陷等)在试验前应进行修复。4.2.3检查检测装置和渗水孔防止淤泥堵塞。4.2.4检查安全标志和防护遮拦，确认完好无损，标志清晰。4.3入地电流4.3.1接地极通电后应进行入地电流测量，这个测量工作应在系统调试的整个过程中进行，以便为其它的各项测试工作提供最基本的参数。4.3.2为确定接地极各段元件的电流分布是否均衡，应进行各段馈电元件的电流分布测量。这个测量工作宜在试验开始时进行。接地极元件电流分布的均衡度应满足设计要求。4.3.3根据设计情况，各段接地极元件的电流测量可以在接地极址进行，也可以 在换流站内用直流互感器测量，但是在系统调试过程中，接地极址必须能够测量入地总电流。4.3.4根据调试现场具体情况，各种直流电流测量仪器和仪表例如直流互感器、直流钳形电流表、直流分流器和霍尔元件直流测量仪等均可采用。4.3.5直流电流测量仪表的准确度要求为0.5～1级。4.3.6宜选用两种以上类型仪表测量不同运行状态的电流，以保证测试结果的准确性。若接地极设计能方便串接分流器时，则可仅采用直流分流器法进行测量。4.4接地电阻4.4.1接地极接地电阻值应符合设计要求。4.4.2接地极接地电阻测试应采用电流注入法，即电流表——电压表法，不宜采用便携式接地电阻测试仪。4.4.3在接地电阻测试中，注入大地电流应为直流电流，不宜采用交变电流。这种直流电流可以是单独试验用直流电源产生，也可以是系统运行时经由接地极流散的不平衡电流或是单极大地回路运行(或试验)时的入地电流。4.4.4在采用独立的试验用电源时，辅助电流极与接地极的最小距离应大于接地极任意两点间最大距离的5倍。此时若不是采用接地极线路作为电流引线，则在测量时接地极元件应与接地极线路分开。4.4.5当采用实际运行中的接地极地电流测试接地电阻时，对于电压极的布置方向没有限制，电压极与接地极的距离应大于接地极任意两点间最大距离的5倍以上。4.4.6当采用试验专用外加直流电源时，测试布线参照原水利电力部规程SDJ8—79《电力设备接地设计技术规程》。4.4.7不应在施工后或雨后，立即测量接地电阻。4.4.8试验过程中，在单极大地回路方式运行前后，接地极的接地电阻应重复测量两次，以确定接地极周围土壤在通电后流散的电流性能是否变化。4.5电位分布和电位梯度4.5.1在接地极试验中应进行接地极电位分布和电位梯度的测量，以确定接地极运行后对周围环境的影响。4.5.2大地电位分布和电位梯度的测量应在接地极的若干不同方向上进行，测量的范围离接地极中心不少于10km，或直至测量到的电位梯度小于0.25V/km，并绘出电位分布曲线。4.5.3接地极附近大地的电位分布和电位梯度测量，除在接地极附近的测量可以用试验电源向大地注入电流外，一般应在单极大地回路运行方式下进行或者利用双极运行时流过大地的不平衡电流进行。4.5.4在接地极导体埋设处的地表面附近，电位梯度的测量间距为1m，在远离接地极而地面电场强度很小的区域，两个测量电极的间距取决于所使用的测量仪表应能测出有效的读数。4.5.5对于重点区域，例如接地极附近人畜常到的地方，电位梯度的测量要在每 个测点相互垂直的两个方向进行，以便根据矢量相加得到该点电位梯度的大小和方向。4.5.6测量前应首先确定地中杂散电流电场的干扰信号强度，并在测试中采用措施加以消除。4.6跨步电压、接触电压和转移电压4.6.1接地极址附近地面允许的最大跨步电压值应符合设计要求。4.6.2接地极址附近允许的最大接触电压，一般不作规定。4.6.3一般而言，接地极附近下列位置跨步电压和接触电压值较大。a.接地极导体正上方地面距接地极导体径向几米处。b.地面不平的低洼与潮湿之处。c.散流不均匀的接地导体、电流密度大的导体上方地面。d.与周围土壤相比，局部土壤电阻率突变的地方。4.6.4交接试验中需测量各种可能的转移电压，并且采取措施限制接触电压可能对人身造成的危害。4.7接地极及其附近大地温度4.7.1由于气温对地表附近土壤温度有影响和接地极有一定的温度时间常数。交接试验中接地极及其周围大地温度的测量应在通电前和通电后均持续一段时间进行连续的测量。通电前的测量持续时间应能包括夏季。通电后的最短测量持续时间应大于接地极的时间常数。4.7.2接地极温度的测量宜在接地极表面或回填焦炭与土壤交界面不少于5点的位置测量，测试点的设置应尽可能包括接地极各馈流元件和接地极址各土壤突变点。4.7.3接地极附近大地温度的测量点宜沿着不同方向和深度设置，限于现场条件，一般测量深度可以接地极埋深为限。4.7.4温度测量仪器采用摄氏度数，精确度为±0.5℃。4.7.5地中温度测量推荐采用热敏电阻测温计，也可采用水银或酒精毛细管式温度计。4.7.6当采用水银温度计放在测试管中，而测试管较长时要采取措施。保证温度计反映的是指定深度的温度，并不因地面气温变化受影响。4.8对外部设施影响的测试4.8.1高压直流接地极对外部设施的影响宜在接地极附近，通过对外部设施情况调研及实际测量的方法来确定。4.8.2对通信系统的干扰试验宜与邮电部门共同协商进行，测试结果需用统计方法处理，测试的目的主要是确定对通信系统的影响，试验时可选择若干关键部位进行测量，以校核设计和检查施工质量。4.8.3对于接地极10km范围内的110kV及以上交流线路应测量通过最靠近接地极的接地装置流入架空地线的直流电流。4.8.4对于接地极附近中性点接地的电力变压器，应限制经中性点流入变压器绕 组中的直流干扰电流小于变压器额定电流有效值的7‰。4.8.5接地极投运后要测量其对地电位或电流，以便把背景测量获得的数据与接地极运行后的数据进行有效的比较。投运后的结果应满足技术条件的要求。4.8.6接地极10km范围有铁路时，宜检验地中电流对铁路信号有无干扰。5直流接地极运行维护5.1接地极线路高压直流输电系统投运后，应定期对接地极线路进行维护和检查，维护检查的项目及周期与该系统的直流输电线路相同。5.2电流分布运行中接地极线路和元件馈电电缆的电流应定期进行核查，核查的周期为每两个月或半年进行一次，周期的长短根据系统是否单极大地回路运行来确定。5.3外观检查陆地接地极投运后要定期进行下列项目的检查巡视和处理，其周期在投运初期为每2个月一次，一年后每半年一次。5.3.1回填土的沉陷情况。若沉陷过多，应继续回填，以保证接地极元件离地面的高度。但回填土也不得高于附近地面，以免影响雨水在接地极表面土壤的汇聚。5.3.2检查接地极的砾石渗水处，发现有污泥等杂物堵塞渗水孔，应及时清除。5.3.3检查入地电缆及接头、杆塔基础及安全警告标志等是否完好，发现异常，应及时处理。5.4接地电阻高压直流接地极在有单极大地回路运行的年份，每年进行一次对远处的接地电阻实测检查。5.5开挖接地极在设计寿命内每10年，设计寿命外每5年需进行一次局部开挖检查，以确定腐蚀程度。5.6温度在需要单极大地回路运行的年份，接地极在旱季或夏季需进行一次温度测量或加装温度报警系统。温度报警整定值宜设在80℃以内。5.7周围环境与生态影响在有单极大地回路运行的年份，注意对周围环境与生态影响的资料的收集。附录A测量深层大地电阻率的不等距四极法(参考件)测量深层大地电阻率的不等距四极法，是按附图A1设置电压极(P1、P2)和电流极(C1、C2)，按照原水利电力部规程SDJ8—79《电力设备接地设计技术规 程》中推荐方法测出各量后，按下式计算附图A1不等距四级法测大地电阻率原理图Vρπ=2λI11111=+−−KLLLL1234式中ρ——大地视在电阻率，Ω，m；V——电压极间电位差，V；I——测试的注入大地电流，A；K——由C1、C2、P1、P2之间的距离决定的系数，m；L1、L2、L3、L4——电压极、电流极相互间的距离，m。__________________________附加说明：本标准由能源部高压直流输电技术标准委员会提出并归口。本标准由能源部武汉高压研究所负责组织起草。本标准起草人：林华谘、王继樵、董晓辉、刘浔、余莉娜、桂腊贵、田强、黄国伸、靳淑华。'