劉東甲

(中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司昆明局,云南昆明 650300)

±800kV直流接地極線路與接地極運(yùn)行技術(shù)初探

劉東甲

(中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司昆明局,云南昆明 650300)

目前,世界上尚無±800kV直流接地極線路與接地極運(yùn)行經(jīng)驗可循,為提高±800kV直流接地極線路與接地極運(yùn)行維護(hù)水平,確保線路安全穩(wěn)定運(yùn)行,本文對±800kV云廣特高壓直流示范工程建成投運(yùn)后云南地區(qū)接地極線路與接地極的運(yùn)行特性及其對自然環(huán)境的影響進(jìn)行了分析,重點闡述了±800kV直流接地極線路的防山火、防雷、防覆冰、防鳥害、防外力等特性,并提出了確保接地極線路及接地極安全運(yùn)行的措施。

特高壓 直流接地極線路 接地極 運(yùn)行維護(hù) 措施

1 前言

±800kV直流接地極是±800kV特高壓直流輸電工程中的重要設(shè)施，當(dāng)直流線路雙極正常運(yùn)行時，接地極線路電流很小，當(dāng)直流線路雙極運(yùn)行發(fā)生單極故障時，接地極線路通過故障電流，當(dāng)直流線路以單極—大地回路運(yùn)行時，接地極線路則通過直流負(fù)荷電流，若忽略換流站內(nèi)濾波電容的影響，接地極線路就是單極－大地回路運(yùn)行方式的直流線路的一部分。接地極為大型接地體，包括接地極本體、導(dǎo)流系統(tǒng)以及輔助設(shè)施，其作用是將雙極正常運(yùn)行時的不平衡電流和直流線路單極接地時的故障電流導(dǎo)入地下[1，2]。

在單極—大地回路運(yùn)行方式中，強(qiáng)大的直流電流經(jīng)接地極注入大地，在極址土壤形成恒定直流電流場，同時伴隨大地電位升高、地面跨步電壓和接觸電勢等，對周圍環(huán)境產(chǎn)生影響。因此，運(yùn)行單位應(yīng)重點關(guān)注并采取有效措施加以防范。

2 接地極線路與接地極工程特點

2.1 接地極線路概況

±800kV云廣特高壓直流示范工程楚側(cè)接地極線路(運(yùn)行名稱為楚穗直流楚側(cè)接地極線路)全線路徑長度106.4km，途經(jīng)云南省楚雄州祿豐縣、武定縣、昆明市祿勸縣、尋甸縣等4縣，共設(shè)桿塔259基，其中從楚雄換流站接地極線路構(gòu)架出線后，鉆越直流線路正極線路，并平行直流線路西側(cè)走線，經(jīng)和平鄉(xiāng)規(guī)劃區(qū)西側(cè)，跨越成昆鐵路，經(jīng)鳳朝營、溫泉村、仁興鄉(xiāng)南面先后跨越武定～祿豐高等級公路、武定～祿豐公路，經(jīng)九廠在武定水泥廠附近先后跨越武定～昆明高速公路、110kV武定Ⅰ回線、110kV昆富祿武線、110kV昆富祿線，在永平村南側(cè)跨越國道108線，經(jīng)翠華在鐵索橋下游跨越普渡河，經(jīng)九龍在大基坡丫口東側(cè)鉆越220kV普新線，然后平行220kV普新線南側(cè)至馬街極址。線路導(dǎo)線采用2×2×LGJ－630/45鋼芯鋁絞線。導(dǎo)線按二分裂、水平排列布置在鐵塔兩側(cè)，分裂間距500mm，分裂導(dǎo)線間安裝二分裂間隔棒。

2.2 接地極工程概況

2.2.1 接地極工程位置

接地極極址位于云南省昆明市尋甸縣倘甸鎮(zhèn)馬街壩子，該壩子南端為倘甸鎮(zhèn)政府所在地馬街，北端為德著村，東西兩側(cè)為海子村，東側(cè)有昆明～轎子雪山旅游公路通過。馬街壩子為侵蝕堆積山間盆地地貌，呈北偏西～南偏東方向展布，南端高，北端低，全長約4000m，高差約25m，寬400m～800m，地形平坦，地勢開闊，馬街河自南向北位于壩子西側(cè)，河寬15.0～20.0m，河深2.5～3.5m，河水常年不干，水深0.5～1.5m，另有多條水渠從中流過，洪水時可能被短時淹沒。

2.2.2 接地極

接地極采用單環(huán)近似橢圓形淺埋水平布置，極環(huán)長度4211m，饋電棒長度4266.56m，分為6段，饋電棒采用φ70圓鋼，埋設(shè)深度3.5m，焦炭截面1.0m×1.0m。導(dǎo)流系統(tǒng)采用架空線方式，導(dǎo)線型號為2×LGJ－630/45鋼芯鋁絞線，共使用鐵塔11基。

楚穗直流楚側(cè)接地極類型為水平淺埋溝型，電極形狀為單環(huán)近似橢圓形。從楚雄換流站引出的接地極線路經(jīng)中心塔1(260#)連接兩側(cè)分支塔1(261#、263#)，然后各自再連接中心塔2(262#、264#)，由兩個中心塔2分別連接各自周圍的分支塔2即引流塔(265#～270#)。導(dǎo)線對塔身絕緣采用4片雙聯(lián)絕緣子串，絕緣子串加裝招弧角，招弧角間隙取400mm。在各分支塔2即引流塔處，經(jīng)T型線夾、銅鋁過渡板、冷縮式電纜終端頭與引流電纜連接，引流電纜沿引流塔入地后，從引流井引出地面，在引流井中通過電纜壓接頭與引流棒上端(φ70鋼棒)連接，引流棒下端再連接到饋電棒。

設(shè)計控制條件:額定入地電流3125A；最大持續(xù)入地電流(2小時)3438A；最大瞬時入地電流(3 秒)4688A；電流31.25A；土壤最高允許溫度取為77.7℃；設(shè)計運(yùn)行年限不少于40年；最高溫度土壤最高允許溫度取為77.7℃；地面最大允許跨步電壓為6.11V。

3 接地極線路與接地極應(yīng)關(guān)注的運(yùn)行特征

楚穗直流楚側(cè)接地極線路地處云南地區(qū)，海拔較高，氣象條件復(fù)雜，輸電線路運(yùn)行易受山火、雷擊、覆冰等自然災(zāi)害的影響。沿線壓覆粘土資源豐富，磚廠開采情況較多，同時工程作為±800kV特高壓直流輸電示范工程的重要設(shè)施，其獨特的運(yùn)行方式和采用大截面雙分裂導(dǎo)線等特點，充分體現(xiàn)了特高壓直流輸電的技術(shù)可行性和特殊性，保障線路的安全運(yùn)行的工作極富挑戰(zhàn)性。

3.1 防山火特性

近年來，云南一直遭遇干旱氣候，楚穗直流楚側(cè)接地極線路大部分地處地面植被覆蓋率較高的高原山地中，多為山火易發(fā)區(qū)域，山火隱患突出，自2009年投運(yùn)以來，線路通道5km范圍內(nèi)發(fā)生山火9次。為此積極開展防山火特巡，對所轄線路通道中的防山火危險點進(jìn)行全面排查，加大灌木、荊棘和樹障清理力度，特別對桿塔邊坡、特殊地形的雜草和枯枝落葉進(jìn)行清理，使之形成一定距離的隔離帶。在開展防山火特巡的同時，線路人員還通過在沿線村莊見縫插針地發(fā)放保護(hù)電力設(shè)施新年掛歷、張貼防山火宣傳標(biāo)語，積極向當(dāng)?shù)厝罕娦麄鳌峨娏Ψā贰ⅰ渡址阑饤l例》等法律法規(guī)，做好防山火宣傳，并積極與森林防火辦建立聯(lián)動機(jī)制，才能有效防范山火的發(fā)生。

3.2 防雷特性

楚穗直流楚側(cè)接地極線路所處地區(qū)，平均海拔接近2km，最高海拔接近2.4km，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，氣候惡劣多變，雷電活動極為頻繁。線路242#～259#段為保證靠近接地極地線的有效絕緣，絕緣子采用帶有保護(hù)間隙的地線絕緣子，其余地段線路地線采用單地線架設(shè)，保護(hù)角均小于30°。接地極線路本身是接地系統(tǒng)，接地極線路自投運(yùn)以來從未因為雷擊故障更換絕緣子、金具等設(shè)備，防雷的關(guān)鍵在于定期檢查接地電阻，及時對不合格桿塔接地網(wǎng)進(jìn)行改造，確保線路耐雷水平。

同時，應(yīng)注意直流接地極線路上的招弧角間隙承受直流電壓由換流站至接地極極址逐步降低的特點[3]。特別是在直流故障及其他過壓情況下，易造成靠近換流站側(cè)接地極線路過壓擊穿。在2013年楚雄換流站進(jìn)行孤島運(yùn)行實驗過程中，800kV換流站中性母線的操作沖擊電壓耐受水平相當(dāng)于交流110kV電壓等級，而楚側(cè)接地極線路招弧角的操作沖擊電壓耐受水平相當(dāng)于交流35kV電壓等級，存在兩者操作沖擊電壓耐受水平不匹配的問題，造成楚側(cè)接地極線路招弧角空氣間隙發(fā)生擊穿。因此，對靠近換流站線路桿塔采用增加絕緣子片數(shù)以及調(diào)整招弧角間隙，可以提高設(shè)備在特定工況下的抗過壓能力，有效防止接地極線路因接地故障引起的接地極線路閃絡(luò)。

3.3 防覆冰特性

楚穗直流楚側(cè)接地極10mm冰區(qū)長104.983km，20mm冰區(qū)長1.417km，同地區(qū)的輸電線路尚未發(fā)生過因覆冰倒塔斷線事故。其中位于20mm冰區(qū)段的237#位于山嶺埡口，在歷年降雪期間只發(fā)現(xiàn)桿塔本體輕微結(jié)冰情況，但考慮惡劣氣候條件線路發(fā)生超設(shè)計覆冰的可能性，為及時掌握設(shè)備運(yùn)行情況，安裝覆冰在線監(jiān)測系統(tǒng)終端，并于該塔觀冰監(jiān)測點位置安裝模擬導(dǎo)線，進(jìn)行覆冰取樣測量，便于覆冰數(shù)據(jù)的對比分析，積累覆冰區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。根據(jù)覆冰在線監(jiān)測系統(tǒng)了解終端設(shè)備周邊氣候條件，當(dāng)溫度、濕度及風(fēng)速達(dá)到覆冰條件時，應(yīng)立即開展防冰特巡工作。

3.4 防鳥害特性

根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗，楚穗直流楚側(cè)接地極線路上的鳥害缺陷有以下特點:一是鳥害缺陷基本發(fā)生在春夏季，一般是每年的2月份到6月份，這個時間正是春小麥與豆類種植和收獲的時間，也是鳥類的繁殖期；二是鳥害類別主要為大喜鵲和麻雀，筑巢形狀近似球形，結(jié)構(gòu)復(fù)雜堅實，外圍布滿帶刺灌木枝條，拆除難度較大；三是鳥巢一般位于鐵塔頂部和桿塔橫擔(dān)中間位置，由于桿塔尺寸較小，為便于檢修人員操作，不考慮安裝防鳥設(shè)施，日常運(yùn)維過程以人工拆除為主。

3.5 防外力特性

3.5.1 接地極線路

伴隨云南經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，線路外圍環(huán)境日趨復(fù)雜，沿線周邊磚廠及采石場數(shù)量規(guī)模不斷上升，為有效防范外力破壞，楚穗直流楚側(cè)接地極線路運(yùn)行建議采取如下措施:

(1)定期巡視過程中加強(qiáng)線路周邊地表、地貌情況觀測，加強(qiáng)對桿塔進(jìn)行傾斜測量。

(2)對位于磚廠及采石場開采區(qū)域的桿塔上加裝實時監(jiān)測裝置，安排護(hù)線員增加巡視次數(shù)，加強(qiáng)溝通匯報，及時了解現(xiàn)場情況。

(3)加強(qiáng)與磚廠及采石場的溝通，及時了解開采進(jìn)度。同時，嚴(yán)格依據(jù)《電力法》、《電力設(shè)施保護(hù)條例實施細(xì)則》及《電力設(shè)施保護(hù)條例》向當(dāng)?shù)匕脖O(jiān)局及省、市相關(guān)部門提出報告，通過啟動電力行政執(zhí)法程序來應(yīng)對磚廠及采石場的不法行為。

(4)加強(qiáng)與設(shè)計及施工單位協(xié)調(diào)，制定并完善應(yīng)急預(yù)案，及時應(yīng)對突發(fā)事件，確保線路長期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.5.2 接地極

楚穗直流楚側(cè)接地極投運(yùn)以來發(fā)生兩次引流電纜被盜事件[4]。結(jié)合目前電力電纜防盜新技術(shù)及設(shè)備特點，運(yùn)行部門采取加高引流電纜所在塔位圍墻并裝設(shè)倒刺防護(hù)網(wǎng)，加裝紅外線聯(lián)動報警裝置與實施監(jiān)控系統(tǒng)，深埋與極環(huán)間互聯(lián)的跳線電纜等技術(shù)措施，并與當(dāng)?shù)卣块T取得聯(lián)系，積極建立聯(lián)防機(jī)制，大大提升了接地極引流電纜的防盜能力，確保了接地極的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 確保接地極線路及接地極安全運(yùn)行的措施

4.1 線路巡視和檢測工作

線路的巡視和檢測是運(yùn)行維護(hù)的基本內(nèi)容，目的是及時發(fā)現(xiàn)線路的隱患和缺陷，掌握線路運(yùn)行的安全健康狀況。因此，一方面要加強(qiáng)運(yùn)維人員的技術(shù)培訓(xùn)，加強(qiáng)設(shè)備缺陷分析能力，提高巡視人員的巡視質(zhì)量；另一方面應(yīng)使用生產(chǎn)管理系統(tǒng)，確保缺陷信息能夠準(zhǔn)確及時的上報；此外應(yīng)按期按要求做好各項檢測工作，并加強(qiáng)在線監(jiān)測、無線電干擾測量等科技手段的應(yīng)用。

4.2 線路維修工作

線路維修項目應(yīng)按照設(shè)備狀況，巡視、檢測的結(jié)果和反事故措施的要求確定檢修內(nèi)容和周期，維修工作應(yīng)遵守有關(guān)檢修工藝要求及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。同時，應(yīng)注意提高事故應(yīng)急能力，編制具有接地極線路運(yùn)行特點的搶修預(yù)案，配備適合接地極線路檢修的工器具材料，定期開展事故預(yù)想和反事故演習(xí)活動，加強(qiáng)搶修隊伍應(yīng)變能力。

4.3 線路特殊區(qū)段和接地極的運(yùn)行工作

接地極線路特殊區(qū)段的維護(hù)檢修需重點關(guān)注多雷區(qū)、重污區(qū)、微氣象區(qū)、采動影響區(qū)、易建房區(qū)等常見危險點，同時要注意接地極的運(yùn)行維護(hù)，嚴(yán)禁在電極埋設(shè)處20m 內(nèi)開挖溝道和取土，對于自然破壞(沖刷等)應(yīng)及時修復(fù)，經(jīng)常檢查檢測井和滲水井，防止淤泥堵塞管子和滲水井，以免影響檢測和注水，重點關(guān)注接地極極環(huán)區(qū)域內(nèi)房屋修建、魚塘開挖以及植物種植情況。

5 結(jié)語

目前，世界上尚無±800kV直流接地極線路與接地極運(yùn)行經(jīng)驗可循，輸電線路運(yùn)維單位必須根據(jù)所在地區(qū)的自然環(huán)境影響，結(jié)合接地極線路及接地極設(shè)備運(yùn)行特征，采取有效的技術(shù)手段對線路及設(shè)備變化情況進(jìn)行實時跟蹤監(jiān)測，確保運(yùn)行維護(hù)過程的有效性及其安全性，進(jìn)而確保±800kV直流接地極線路運(yùn)行過程的安全性和可靠性。

[1]趙畹君,高壓直流輸電工程技術(shù)[M].北京:中國電力出版社,2004.

[2]曹繼豐.高壓直流輸電現(xiàn)場實用技術(shù)問答.北京:中國電力出版社,2008,3.

[3]鄭揚(yáng)亮,冉學(xué)彬,劉更生.直流輸電接地極線路招弧角有關(guān)問題的分析.高電壓技術(shù),2008,34(7):1513-1516.

[4]劉鴻亮.楚穗直流楚側(cè)接地極引流電纜防盜措施研究.高電壓技術(shù),2011,37(S):495-496.

[5]陳景彥,白俊峰.輸電線路運(yùn)行維護(hù)理論與技術(shù).北京:中國電力出版社,2009,10.

[6]王清葵編著.送電線路運(yùn)行和檢修[M].北京:中國電力出版社,2003.

劉東甲(1986—),男,學(xué)士,助理工程師,主要從事特高壓直流輸電線路運(yùn)行維護(hù)工作。