DL437-91-高壓直流接地極技術導則

1、中華人民共和國電力行業(yè)標準DL 437-91高壓直流接地極技術導則1992-03-01 實施1991-09-18批準主題內容與適用范圍本技術導則規(guī)定了高壓直流接地極的名詞術語定義、技術條件、試驗項目與方法，以及運行維護。本技術導則適用于單極和雙極運行的高壓直流輸電系統(tǒng)兩端接地極，不適用于換流站接地系統(tǒng)。定義除本章規(guī)定的名詞術語外，其余均符合有關國家或專業(yè)標準（部標準 ）的規(guī)定。高壓直流接地極系統(tǒng)（簡稱接地極系統(tǒng)）HVDC earth electrode system在高壓直流輸電系統(tǒng)中，為實現正常運行或故障時以大地或海水作電流回路的運行而專門設計和建造的一組裝置的總稱。它主要由接地極線路、接地

2、極饋電 電纜和接地極組成。接地極線路Earth electrode line連接換流站中性母線與接地極饋電電纜的架空或地下線路。接地極饋電電纜Earth electrode feeder cable連接接地極和接地極線路的電纜。直流接地極DC earth electrode放置在大地或海中，在直流電路的一點與大地或海水間構成低阻通路，可以通過持續(xù)一定時間電流的一組導體及活性回填材料。高壓直流系統(tǒng)的地電流Ground current of HVDC System在直流系統(tǒng)中，通過大地或海水從一個換流器的端子流向另一換流器的端子的任一種極性的電流。該電流是一種有意施加的電流，而不是故障和泄漏電流。

3、接地極址Electrode site接地極所在處所。最大短時工作電流Maximum short time working current換流閥在最高環(huán)境溫度時能輸送的最大短時負荷電流。最大連續(xù)電流Maximum continuous current換流閥在最高環(huán)境溫度時能連續(xù)輸送的固有負荷電流。持續(xù)額定工作電流Continuous rated current設計的額定電流。泄漏電流Leakage current在直流電壓下通過電介質和其它絕緣流入地中的直流電流，或是通過地下的金屬埋設物流入地中的電流。電滲透作用Effect of electrical permeation大電流產生的強電場迫使

4、接地極附近土壤中的水分子離開陽極的作用。跨步電勢Step potential當高壓直流接地極運行時，人體兩腳接觸該地面上水平距離為1m的任意兩 點間的電壓稱為跨步電壓。接觸電勢Contact potential當高壓直流接地極運行時，在地面上離導電的金屬物件等水平距離為 1m 處，與沿金屬物件離地面的垂直距離為1.8m處兩點間的電位差。轉移電勢Transfer potential接地極運行時，人站在接地極附近地面觸摸在遠方接地的導體，或人站在遠處接觸在極址接地的導體，能承受的接觸電勢為轉移電勢。轉移電勢的最大值 為 接地極電位升高的數值。直流接地極技術條件一般技術準則直流接地極設計應分別情況考

5、慮最大短時工作電流、最大連續(xù)電流和持續(xù)額 定工作電流。直流接地極的設計壽命在規(guī)定的運行方式下一般應不少于30年。直流接地極一般由兩個或以上分隔的元件組成，以利檢查和檢修。為防止高壓直流接地極的地電流對換流站的腐蝕和干擾，高壓直流輸電系統(tǒng) 中接地極為換流站間的直線距離宜不小于10km ， 并保證換流站的接地網與接地 極完全分開。直流接地極一般有環(huán)形、星形、直線形、射線形、柵格形等形狀，宜根據極 址地形、地質、水文、交通狀況等條件，從施工方便、技術經濟合理兩方面來確 定原則。直流接地極埋深應大于1m， 盡可能埋設于地下水位和凍土以下或裝設注水裝置。注水裝置的水質要求及是否需要處理應由業(yè)主根據技術經

6、濟比較確定。極址選擇對預選的接地極址必須進行20km范圍內的地質、水文調查。調查內容至少包括：地質結構及各層的厚度：從地面到基巖的深度、基巖的厚度、海水沖刷情 況、有等高線（陸地電極）或等深線（海洋電極 ） 的預選極址地質詳圖。在調查資料不 全時宜進行勘測。直流接地極設計前要評價接地極對周圍環(huán)境的影響，為此要調查接地極址周 圍 50km 半徑范圍內現有的和規(guī)劃的輸電線路、 鐵路、 金屬管道、 鋼筋混凝土管 道、電話線路、埋設地下的電話和電力電纜、碼頭、港口及其它長1km 以上的接 地金屬結構。對環(huán)境影響的評價可參照無線電干擾、電磁兼容及金屬構筑物防腐 的有關標準及法規(guī)。直流接地極址一般應遠離人

7、口稠密的城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)以及地下有較多公共設施的 地區(qū)。直流接地極址選擇應考慮有關安全和環(huán)境保護的法令和法規(guī)。直流接地極的極址選擇宜通過不少于3個方案的技術經濟比較來確定。大地參數確定直流接地極設計必須考慮下列大地參數：地下水位、大地電阻率、土壤溫度、土壤熱傳導系數、土壤熱容率。接地極址的地下水位可以通過水文地質圖查得或在現場通過實地探測獲得。大地電阻率的測量方法。接地極址的大地電阻率一般采用在現場實地引入電流測量的方法測得。現場測量大地電阻率的大地注入電流應為直流電流。測試方法可以用任何傳統(tǒng)的大地電阻率測試方法，例如溫納爾四極法，席 蘭伯格法，也可用附錄A 的不等距四極法。接地極址大地電阻率的測試

8、深度一般宜不小于 2km ， 即兩個電流極間距一般宜大于 8km 。土壤溫度接地極址的土壤溫度應進行至少兩年的測量并得到最高溫度、最低溫度和 平均溫度數值。這個數值也可以從氣象部門獲得。土壤溫度的測量應考慮不同地質條件的測點及不同深度的溫度，測量的最 小深度應不小于接地極擬埋設的深度。測量土壤溫度用攝氏度數，精確度高于 0.5的各種測量裝置或溫度計均可采用。熱傳導系數直流接地極址土壤熱傳導系數可用試驗室測試和現場測試兩種方法中的一種方法來確定。 表1列出了各類土壤、雪和冰的熱傳導系數。熱容率直流接地極址的土壤熱容率確定，通常在實驗室進行。土壤樣品獲取應考慮接地極址不同位置土壤的典型抽樣。表 2

9、列出了通常所遇到的土壤的熱容率數值的一般范圍。在缺少任何測量數值的情況下，可選用 1.0X 1081.5X 108（平均1.3 x 108 ）J/m3 C 的范圍。表1表1物質常稱熱導率OV/毗* 0打物成韋林執(zhí)導率（W/m X：）千限干顯&0.271-85黑色耕種土 f泳豚；0-18M3帶泥盤粘土的砂C- A31. gn翎色底土（淳侏）出口XL 30第末砂族般土。3 m2- 30黃褐色底土仃木流）0.10d 82橋砂康1-.0.37帶彼及激搬的就石也必2- S3帶砂的粘土0. 421.政變唯膽的百d 33火山土0.130.62冰C062. 2表Z物質書稱型干50%100%砂1. 362 13

10、3. 0粘土2p 23iS腐殖土d 8合2, 1R&T13.3.7未遭腐蝕或干擾的金屬埋設物對土壤電位（相對銅一一硫酸銅電極）一般在-0.85-1.5V之間。這個數值可作為加以保護后的金屬埋設物對土壤電位的控制 標準。3.4設計標準高壓直流接地極的持續(xù)額定工作電流、最大連續(xù)電流和最大短時工作電流 都 是由整體系統(tǒng)設計確定的。接地極的極性是這樣規(guī)定的：如電流是由大地流向接地極，則這接地極為 陰 極；而如果電流是由接地極流入大地，則這接地極為陽極。根據運行條件的 改 變，接地極的極性可能是變化的。對于固定極性的接地極設計，或兩個接地 極的極性不具有幾乎相等的機率時，應注意其腐蝕的程度及材料的損耗是

11、不同 的。直流接地極的可靠性應與系統(tǒng)的可靠性一致。接地極對遠處大地的允許電位升高由接地極址的物理性能即熱導率和電阻 率以及允許溫升決定，即Ve =2 1 ： t2 心式中Ve 接地極允許白電位升高，V ;入一一土壤的熱導率，W/（m c ）；P土壤電阻率， m；t1 一一接地極址大地最高溫度，C；t2 一一設計允許的接地極最高溫度，C。接地極溫升允許值的確定原則是保證在任何情況下接地極的溫度不超過90C,當接地極設有超溫報警裝置時，該溫度值可放寬到95 Co接地極接地電阻的設計值由下式確定 TOC o 1-5 h z & = Ve（2）I e式中Re 接地極接地電阻，Q ;Ve 接地極允許電位

12、升高，V;Ie最大連續(xù)電流，A。各種形狀接地極接地電阻的計算宜考慮大地的不均勻因素，可采用計算機 程序計算。接地極表面電流密度一般由材料和防止電滲透來確定，宜控制在0.251.0A/m 2的范圍內，但海中和水浸電極不受此限。直流接地極最大短時工作電流時的電位梯度確定原則是：對于陸地接地極不 會對人畜造成危害，對于水中電極不會吸引魚類。前者一般為 2.5V/m,后者應小 于1.25V/m。直流接地極在最大短時工作電流下所允許的跨步電勢確定為2.5V。3.5材料直流接地極材料選擇的基本原則是：來源廣泛；加工方便；良好的導電性；耐電腐蝕性強；腐蝕生成物無毒，不污染環(huán)境；經濟性好；使用壽命長。陸地直流

13、接地極的金屬導體需用活性材料充填，以減少其腐蝕，延長其壽命?；靥畹幕钚圆牧弦话闶墙固?，主要是石油焦炭。其技術條件如下：炭92%;硫v 1%;灰分v 1%;揮發(fā)物v 0.2%;其它礦物質v 0.5%;電阻率v 0.2 Q-cm。直流接地極根據電腐蝕損耗率1t算的材料用量必須有50%100%的設計裕度。4試驗項目和試驗方法及試驗中應注意的問題基本目的和一般原則對于一個高壓直流接地極系統(tǒng)的交接試驗，主要有3個基本目的：a.接地極的各種參數應滿足設計標準。例如接地極的接地電阻，在各種運行狀態(tài)下的溫升等都應滿足設計要求，接地極各段元件的電流應均勻分配。b.接地極系統(tǒng)在最大運行電壓下可能引起的跨步電壓、接

14、觸電壓和轉移電壓應限制在一定的水平之下，以保證在接地極址區(qū)域內活動的人畜的安全。c.了解接地極系統(tǒng)對周圍地區(qū)的公用事業(yè)系統(tǒng)（水、電、煤氣等）及通信系統(tǒng)的干擾和影響，以校核其是否符合設計要求。本導則中規(guī)定的試驗項目的時間順序，在沒有特殊說明時可同時或交叉進行。為了測試人員、儀器和設備的安全，試驗中的入地電流宜從小到大，分若 干檔次進行。在不同的入地電流下，重復進行同一試驗項目時，應使用同一儀表在相同的位置和方向進行。如條件許可，各項測試項目宜在 70%80%或100%額定入地電流下進行 一次。整個調試過程中都要根據接地極址及其附近地中電場的特點，采取措施保 護測試人員和試區(qū)內活動的人畜的安全。外

15、觀檢查接地極系統(tǒng)在正式通電試驗前應進行外觀檢查，確認接地極系統(tǒng)的地面部分 及其與接地極線路的連接部件完整無缺；裝配安裝正確，尺寸符合設計要求后方 可進行試驗。清除接地極址及其附近影響正常運行和測試工作的無關物品，對接地極表面 土壤的自然破壞（沖刷或下陷等）在試驗前應進行修復。檢查檢測裝置和滲水孔防止淤泥堵塞。檢查安全標志和防護遮攔，確認完好無損，標志清晰。入地電流接地極通電后應進行入地電流測量，這個測量工作應在系統(tǒng)調試的整個過程 中進行，以便為其它的各項測試工作提供最基本的參數。為確定接地極各段元件的電流分布是否均衡，應進行各段饋電元件的電流分 布測量。這個測量工作宜在試驗開始時進行。接地極元

16、件電流分布的均衡度應滿 足設計要求。根據設計情況，各段接地極元件的電流測量可以在接地極址進行，也可以在 換流站內用直流互感器測量，但是在系統(tǒng)調試過程中，接地極址必須能夠測量入 地總電流。根據調試現場具體情況，各種直流電流測量儀器和儀表例如直流互感器、直 流鉗形電流表、直流分流器和霍爾元件直流測量儀等均可采用。直流電流測量儀表的準確度要求為0.51級。宜選用兩種以上類型儀表測量不同運行狀態(tài)的電流，以保證測試結果的準確 性。 若接地極設計能方便串接分流器時， 則可僅采用直流分流器法進行測量。接地電阻接地極接地電阻值應符合設計要求。接地極接地電阻測試應采用電流注入法，即電流表電壓表法，不宜采用 便攜

17、式接地電阻測試儀。在接地電阻測試中，注入大地電流應為直流電流，不宜采用交變電流。這種 直流電流可以是單獨試驗用直流電源產生， 也可以是系統(tǒng)運行時經由接地極流散 的不平衡電流或是單極大地回路運行（或試驗） 時的入地電流。在采用獨立的試驗用電源時，輔助電流極與接地極的最小距離應大于接地極 任意兩點間最大距離的5倍。此時若不是采用接地極線路作為電流引線，則在測 量時接地極元件應與接地極線路分開。當采用實際運行中的接地極地電流測試接地電阻時，對于電壓極的布置方 TOC o 1-5 h z 向 沒有限制，電壓極與接地極的距離應大于接地極任意兩點間最大距離的5倍以上。當采用試驗專用外加直流電源時， 測試布

18、線參照原水利電力部規(guī)程SDJ879電力設備接地設計技術規(guī)程。不應在施工后或雨后，立即測量接地電阻。試驗過程中，在單極大地回路方式運行前后，接地極的接地電阻應重復測量 兩次，以確定接地極周圍土壤在通電后流散的電流性能是否變化。電位分布和電位梯度在接地極試驗中應進行接地極電位分布和電位梯度的測量，以確定接地極運 行后對周圍環(huán)境的影響。大地電位分布和電位梯度的測量應在接地極的若干不同方向上進行，測量的 范圍離接地極中心不少于10km ，或直至測量到的電位梯度小于0.25V/km ，并繪 出電位分布曲線。接地極附近大地的電位分布和電位梯度測量，除在接地極附近的測量可以用 試驗電源向大地注入電流外， 一

19、般應在單極大地回路運行方式下進行或者利用雙 極運行時流過大地的不平衡電流進行。在接地極導體埋設處的地表面附近， 電位梯度的測量間距為 1m， 在遠離接地極而地面電場強度很小的區(qū)域，兩個測量電極的間距取決于所使用的測量儀表 應能測出有效的讀數。對于重點區(qū)域，例如接地極附近人畜常到的地方，電位梯度的測量要在每個 測點相互垂直的兩個方向進行， 以便根據矢量相加得到該點電位梯度的大小和方 向。測量前應首先確定地中雜散電流電場的干擾信號強度，并在測試中采用措施 加以消除?？绮诫妷骸⒔佑|電壓和轉移電壓接地極址附近地面允許的最大跨步電壓值應符合設計要求。接地極址附近允許的最大接觸電壓，一般不作規(guī)定。一般而言

20、，接地極附近下列位置跨步電壓和接觸電壓值較大。a.接地極導體正上方地面距接地極導體徑向幾米處。b.地面不平的低洼與潮濕之處。c.散流不均勻的接地導體、電流密度大的導體上方地面。d.與周圍土壤相比，局部土壤電阻率突變的地方。交接試驗中需測量各種可能的轉移電壓，并且采取措施限制接觸電壓可能對 人身造成的危害。接地極及其附近大地溫度由于氣溫對地表附近土壤溫度有影響和接地極有一定的溫度時間常數。交接 試驗中接地極及其周圍大地溫度的測量應在通電前和通電后均持續(xù)一段時間進行 連續(xù)的測量。通電前的測量持續(xù)時間應能包括夏季。通電后的最短測量持續(xù)時間 應大于接地極的時間常數。接地極溫度的測量宜在接地極表面或回填

21、焦炭與土壤交界面不少于5點的位 置測量， 測試點的設置應盡可能包括接地極各饋流元件和接地極址各土壤突變點。接地極附近大地溫度的測量點宜沿著不同方向和深度設置， 限于現場條件，一般測量深度可以接地極埋深為限。溫度測量儀器采用攝氏度數，精確度為 0.5。地中溫度測量推薦采用熱敏電阻測溫計，也可采用水銀或酒精毛細管式溫度 計。當采用水銀溫度計放在測試管中，而測試管較長時要采取措施。保證溫度計 反映的是指定深度的溫度，并不因地面氣溫變化受影響。對外部設施影響的測試高壓直流接地極對外部設施的影響宜在接地極附近，通過對外部設施情況調 研及實際測量的方法來確定。對通信系統(tǒng)的干擾試驗宜與郵電部門共同協(xié)商進行，

22、測試結果需用統(tǒng)計方法 處理，測試的目的主要是確定對通信系統(tǒng)的影響，試驗時可選擇若干關鍵部位進 行測量，以校核設計和檢查施工質量。對于接地極10km范圍內的110kV及以上交流線路應測量通過最靠近接地極的接地裝置流入架空地線的直流電流。對于接地極附近中性點接地的電力變壓器，應限制經中性點流入變壓器繞組 中的直流干擾電流小于變壓器額定電流有效值的7%。接地極投運后要測量其對地電位或電流，以便把背景測量獲得的數據與接 地 極運行后的數據進行有效的比較。投運后的結果應滿足技術條件的要求。接地極10km范圍有鐵路時，宜檢驗地中電流對鐵路信號有無干擾。5 直流接地極運行維護接地極線路高壓直流輸電系統(tǒng)投運后，應定期對接地極線路進行維護和檢查，維護檢查的項目及周期與該系統(tǒng)的直流輸電線路相同。電流分布運行中接地極線路和元件饋電電纜的電流應定期進行核查，核查的周期為每兩個月或半年進行一次，周期的長短根據系統(tǒng)是否單極大地回路運行來確定。外觀檢查陸地接地極投運后要定期進行下列項目的檢