特高壓直流輸電系統(tǒng)接地極線路絕緣基礎(chǔ)施工運(yùn)維技術(shù)研究

陶留海 曹東升 楊朝鋒 張建輝 王美蘭 高 嵩

（1.國網(wǎng)河南省電力公司檢修公司，河南 鄭州 450052；2.河南電力博大科技有限公司，河南 鄭州 450051）

2014年1月27日，目前世界上輸送容量最大、輸電距離最遠(yuǎn)的直流工程——哈密南—鄭州±800kV特高壓直流輸電工程投運(yùn)。哈鄭工程是國家實(shí)施“疆電外送”的首個(gè)特高壓輸電項(xiàng)目，是世界上首個(gè)±800kV/800萬kW的直流輸電工程，也是大型火電、風(fēng)電基地電力打捆送出的首個(gè)特高壓工程，具有重大戰(zhàn)略意義、創(chuàng)新意義。本文在±800kV哈密-鄭州直流特高壓輸電線路接地極線路絕緣基礎(chǔ)施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對±800kV特高壓直流輸電線路接地極線路絕緣基礎(chǔ)工程施工、驗(yàn)收、運(yùn)行檢查進(jìn)行探討并提出建議，以期為今后±800kV接地極線路工程建設(shè)運(yùn)維提供參考。

1 直流接地極線路絕緣基礎(chǔ)

1.1 直流接地極線路

直流輸電接地極引線接在換流站直流電壓中性點(diǎn)與接地極之間的線路，通稱接地極線路。接地極線路可采用架空線路，也可采用電纜線路。由于接地極線路一般長約十至數(shù)十公里，所以多數(shù)工程采用架空線路。在直流系統(tǒng)以大地回流方式運(yùn)行時(shí)，流過接地極線路上的電流等于極線路上的電流。因此接地極線路導(dǎo)線總截面應(yīng)與極導(dǎo)線截面一樣，但對于雙極直流系統(tǒng)，考慮到以大地回流方式運(yùn)行時(shí)間較短，因而一般按熱穩(wěn)定要求選擇接地極線路導(dǎo)線截面。接地極線路桿塔可根據(jù)機(jī)械負(fù)荷選擇水泥桿或木桿、鐵塔，導(dǎo)線分兩組對稱地布置在桿塔兩側(cè)。由于接地極線路導(dǎo)線總截面較大，因而對于平地或小丘陵地形，當(dāng)機(jī)械負(fù)荷允許時(shí)，線路桿塔可用水泥桿或木桿；在山區(qū)，當(dāng)桿塔機(jī)械負(fù)荷較大時(shí)宜選用鐵塔。當(dāng)采用鐵塔時(shí)，在接地極附近一定范圍內(nèi)，必須使鐵塔基座與地絕緣，防止塔腳電腐蝕。接地極線路上電壓主要是電流產(chǎn)生的壓降，因而靠近換流站端最高，靠近接地極最低，最高電壓一般也只有數(shù)千伏。按絕緣要求，可用一片絕緣子，但考慮到可能出現(xiàn)零值絕緣子，一般采用兩片以上直流絕緣子。由于接地極線路絕緣強(qiáng)度很低，因而很容易遭受雷擊,并且雷擊后續(xù)流難以熄滅，容易造成絕緣子燒壞而發(fā)生掉線。因此在絕緣子兩端應(yīng)加裝招弧角，以保護(hù)絕緣子。

1.2 基礎(chǔ)電腐蝕原理

接地極線路正常運(yùn)行時(shí)，只會有不平衡電流通過接地極，但是當(dāng)輸電線路一極導(dǎo)線發(fā)生故障，另一極導(dǎo)線則會利用接地極作為回路，以保證輸電線路的繼續(xù)運(yùn)行。在陸地環(huán)境下，接地極的入地電流通過土壤中的電解溶液導(dǎo)電，使得接地極附近地下金屬構(gòu)件可能產(chǎn)生電腐蝕現(xiàn)象。

產(chǎn)生電腐蝕主要是因?yàn)榈叵陆饘贅?gòu)件為地電流傳導(dǎo)提供了比周圍土壤更強(qiáng)的導(dǎo)電特性。由于地下金屬構(gòu)件的集流效應(yīng)，地下金屬構(gòu)件一部分匯集了地中電流，使得構(gòu)件上的電流密度更大，構(gòu)件的另一部分又將電流釋放到土壤中，這個(gè)過程會對金屬構(gòu)件形成電腐蝕。

1.3 絕緣基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求

（1）電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T5224《高壓直流輸電大地返回運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》，對靠近接地極約2 km以內(nèi)的桿塔，基礎(chǔ)對地和桿塔對基礎(chǔ)應(yīng)絕緣。在斷開接地引下線情況，鐵塔絕緣電阻宜大于500Ω。

（2）國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW229-2008《±800kV直流輸電系統(tǒng)架空接地極線路施工及驗(yàn)收規(guī)范》第3.0.7條規(guī)定：“對距接地極饋電系統(tǒng)外環(huán)2km 以內(nèi)的接地極線路鐵塔和接地極址內(nèi)導(dǎo)流系統(tǒng)架空線路的鐵塔，其基礎(chǔ)對地和鐵塔對基礎(chǔ)均應(yīng)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行防腐絕緣處理。”

表1 環(huán)氧玻璃布層壓板參數(shù)

表2 檢測項(xiàng)目與周期

圖3

（3）鄭州800kV換流站至陳家接地極線路工程設(shè)計(jì)總說明要求：N120～N128塔基礎(chǔ)采用絕緣處理。施工圖設(shè)計(jì)要求基礎(chǔ)整體（包括基礎(chǔ)底板下平面）用玻璃纖維布包裹三層，每層涂瀝青一次，共四次，使基礎(chǔ)與外界絕緣。

圖1為基礎(chǔ)絕緣處理技術(shù)措施示意圖，所有需進(jìn)行絕緣處理的基礎(chǔ)均按照此圖施工。進(jìn)行絕緣處理的基礎(chǔ)地腳螺栓采用熱鍍鋅防腐，對需要火曲的地腳螺栓，應(yīng)先火曲，再熱鍍鋅。進(jìn)行絕緣處理的基礎(chǔ)不可采用混凝土澆筑地腳螺栓保護(hù)帽，為防盜起見，可將地腳螺栓螺帽與螺桿焊接為一體，并在地腳螺栓外側(cè)密實(shí)涂抹環(huán)氧樹脂涂層以利防腐，如圖1所示。

2 絕緣基礎(chǔ)原材料要求

2.1 原材料及器材規(guī)定

接地極線路工程使用的原材料及器材必須符合下列規(guī)定：

（1）有該產(chǎn)品出廠質(zhì)量檢驗(yàn)合格證書；

（2）有符合國家標(biāo)準(zhǔn)的各項(xiàng)質(zhì)量檢驗(yàn)資料。材料出廠報(bào)告應(yīng)完整，齊全，材料的型號及規(guī)格應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。不同批的材料到達(dá)現(xiàn)場后應(yīng)進(jìn)行檢驗(yàn)，并分別儲存，且應(yīng)做好明顯批次標(biāo)志；

（3）對砂、石等無質(zhì)量檢驗(yàn)資料的原材料，應(yīng)抽樣并經(jīng)有檢驗(yàn)資格的單位進(jìn)行檢驗(yàn)，合格后方可采用；

（4）對產(chǎn)品檢驗(yàn)結(jié)果有疑義時(shí)，應(yīng)重新抽樣，并經(jīng)有資格的檢驗(yàn)單位檢驗(yàn)，合格后方可采用。

2.2 接地極絕緣基礎(chǔ)主要的原材料

接地極線路工程使用的原材料及器材必須符合下列規(guī)定：

（1）絕緣玻璃纖維布

絕緣處理的基布釆用無堿玻璃纖維布，堿金屬氧化物含量應(yīng)不大于0.8%，如EW200。

（2）硬質(zhì)絕緣板

選用環(huán)氧玻璃布層壓板，其主要技術(shù)參數(shù)，見表1。

（3）瀝青涂料

無具體規(guī)格要求，選用防水性好、耐久性好的改性瀝青。

3 絕緣基礎(chǔ)施工技術(shù)方法

特高壓接地極線路的鐵塔基礎(chǔ)包括基礎(chǔ)墊層及放置于該基礎(chǔ)墊層上的基礎(chǔ)主體，在該基礎(chǔ)主體的上部預(yù)埋有地腳螺栓，該地腳螺栓的上部從基礎(chǔ)主體的頂面豎直向上伸出，在基礎(chǔ)主體的表面上由內(nèi)至外依次包覆有第一瀝青膠層和第一玻璃纖維布層，然后在基礎(chǔ)墊層與基礎(chǔ)主體的配合面上由內(nèi)至外依次包覆有第二瀝青膠層和第二玻璃纖維布層。基礎(chǔ)表面通過瀝青膠層和玻璃纖維布層絕緣，滿足了特高壓接地極線路的安全運(yùn)行要求，保證了特高壓接地極線路的可靠性；而且，采用瀝青膠和玻璃纖維布作為絕緣材料，造價(jià)低，施工簡便，環(huán)境污染小，絕緣效果好。

3.1 基礎(chǔ)對地絕緣施工方法

特高壓接地極線路的鐵塔絕緣基礎(chǔ)主要包括基礎(chǔ)墊層和放置于該基礎(chǔ)墊層上的基礎(chǔ)主體，在該基礎(chǔ)主體的上部預(yù)埋有地腳螺栓，該地腳螺栓的上部從基礎(chǔ)主體的頂面豎直向上伸出，在基礎(chǔ)主體的表面上由內(nèi)至外依次包覆有第一瀝青膠層和第一玻璃纖維布層，在凝固后由內(nèi)至外依次包覆有第二瀝青膠層和第二玻璃纖維布層。表面通過瀝青膠層和玻璃纖維布層絕緣，滿足了特高壓接地極線路的安全運(yùn)行要求，保證了特高壓接地極線路的可靠性。采用瀝青膠和玻璃纖維布作為絕緣材料，造價(jià)低，施工簡便，環(huán)境污染小，絕緣效果好。

3.2 鐵塔與基礎(chǔ)絕緣施工方法

為保證鐵塔與基礎(chǔ)絕緣，對所有需要做絕緣的基礎(chǔ)塔座板處做如下處理：

（1）每個(gè)塔腿塔座板與基礎(chǔ)立柱頂面間加一塊玻璃鋼絕緣板，厚度5mm，其大小及開孔尺寸應(yīng)與相應(yīng)的塔座板保持一致。同時(shí)此板的抗壓強(qiáng)度不小于14N/mm2。

（2）每個(gè)塔腿塔座板與螺栓墊片間加一塊玻璃鋼絕緣墊片，此墊片的厚度為5mm，其大小尺寸應(yīng)與相應(yīng)的螺栓墊片一致，開孔直徑應(yīng)與相應(yīng)的塔座板尺寸一致，同時(shí)此板的抗壓強(qiáng)度不小于100 N/mm2。

（3）為防止鐵塔塔座板與地腳螺栓接觸，在地腳螺栓外套一玻璃鋼護(hù)套，該玻璃鋼護(hù)套位于基礎(chǔ)立柱頂面與螺栓墊片之間，并需保證能有效隔斷塔座板與地腳螺栓之間的接觸；塔座板孔壁內(nèi)側(cè)及地腳螺栓外側(cè)需涂絕緣漆加強(qiáng)絕緣效果。該玻璃鋼護(hù)套的抗壓強(qiáng)度不小100N/mm2。

3.3 施工注意事項(xiàng)

現(xiàn)場施工時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)，以嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，保證完工后基礎(chǔ)絕緣性能。

（1）施工時(shí)應(yīng)保持鞋底干凈。

（2）對于坑壁地土質(zhì)松軟的基礎(chǔ)，應(yīng)對坑壁進(jìn)行加固，以防泥土坍塌，影響施工質(zhì)量。

（3）施工時(shí)保護(hù)玻璃纖維布接頭干燥，不準(zhǔn)帶入空氣，防止接頭處出現(xiàn)縫隙。

（4）保證刷瀝青膠均勻、不露底、不反復(fù)涂刷。鋪貼時(shí)要按橫向順序用力滾壓，排出殘存空氣，防止玻璃纖維布出現(xiàn)空鼓現(xiàn)象。

4 特高壓直流輸電線路接地極線路絕緣基礎(chǔ)的質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和方法

接地極線路絕緣基礎(chǔ)的質(zhì)量關(guān)系著接地極線路能否長期安全可靠的運(yùn)行，國家電網(wǎng)公司在標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW229-2008《±800kV直流輸電系統(tǒng)架空接地極線路施工及驗(yàn)收規(guī)范》中對特高壓直流輸電線路接地極線路絕緣基礎(chǔ)的質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及方法做了如下規(guī)定。

4.1 基礎(chǔ)防腐絕緣施工標(biāo)準(zhǔn)

（1）第7.2.1條 鐵塔基礎(chǔ)防腐絕緣施工應(yīng)符合下列規(guī)定：

a 按設(shè)計(jì)要求，制定基礎(chǔ)防腐絕緣施工技術(shù)方案；

b防腐絕緣產(chǎn)品的質(zhì)量和技術(shù)要求應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求并滿足設(shè)計(jì)文件規(guī)定；

c 基礎(chǔ)的底面和各側(cè)面的防腐絕緣施工應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)規(guī)定進(jìn)行。

（2）第7.2.2條 防腐絕緣施工完成后應(yīng)及時(shí)測量基礎(chǔ)對地的接觸電阻，并符合設(shè)計(jì)要求。

4.2 鐵塔防腐絕緣施工標(biāo)準(zhǔn)

（1）第8.3.1條 鐵塔與基礎(chǔ)間防腐絕緣施工應(yīng)符合下列規(guī)定：

a按設(shè)計(jì)要求，制定鐵塔與基礎(chǔ)間防腐絕緣施工技術(shù)方案；

b防腐絕緣產(chǎn)品的質(zhì)量和技術(shù)要求應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求并滿足設(shè)計(jì)文件規(guī)定；

c在基礎(chǔ)頂面和塔腳板之間墊環(huán)氧樹脂墊片或其它絕緣材料時(shí)，應(yīng)確保其規(guī)格和尺寸滿足設(shè)計(jì)規(guī)定。

（2）第8.3.2條 當(dāng)鐵塔和基礎(chǔ)的防腐絕緣均施工完畢后，按第11.0.6條規(guī)定的要求澆筑基礎(chǔ)保護(hù)帽。

（3）第8.3.3條 防腐絕緣施工完成后應(yīng)及時(shí)測量接觸電阻，并符合設(shè)計(jì)要求。為了防止直流大地回流對鐵塔的腐蝕，需要將接地極附近的鐵塔和基礎(chǔ)之間進(jìn)行防腐絕緣處理，不使其在鐵塔上形成環(huán)流，因此本條規(guī)定按設(shè)計(jì)要求采取措施，確保鐵塔和基礎(chǔ)之間接觸電阻滿足設(shè)計(jì)要求。當(dāng)設(shè)計(jì)無要求時(shí)，在斷開接地引下線情況下，接地裝置與鐵塔的接觸電阻宜大于500Ω。

（4）第11.0.6條 絕緣材料保護(hù)帽的絕緣材料配合比應(yīng)符合制造廠的技術(shù)規(guī)定，防腐絕緣施工應(yīng)符合設(shè)計(jì)的要求。

5 基礎(chǔ)對地絕緣電阻的測量方法

絕緣電阻指被試品施加的直流電壓U與此時(shí)流過被試品泄漏電流Ig的比值，即R=U/Ig?；A(chǔ)對地絕緣電阻反映接地極線路絕緣基礎(chǔ)與大地之間的絕緣程度，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定該值不得小于500Ω。

實(shí)際工作中，一般采用以下方法測量基礎(chǔ)對地絕緣電阻：

（1）使用萬用表的歐姆檔；

（2）萬用表一端連接在地腳螺栓上，另一端連接在地面上，測量出電阻即為基礎(chǔ)對地的接觸電阻，如圖3所示。

測量中需要注意以下問題：

a絕緣電阻值受溫度影響較大，當(dāng)溫度升高時(shí)，絕緣介質(zhì)中的極化加劇，電導(dǎo)增加，致使絕緣電阻值降低，因此，熱狀態(tài)下測得絕緣電阻值比冷狀態(tài)下要低。

b當(dāng)試品溫度低于周圍空氣的“露點(diǎn)”溫度時(shí)，潮氣將在絕緣基礎(chǔ)表面結(jié)露，形成水膜，從而增加絕緣基礎(chǔ)表面泄漏，導(dǎo)致絕緣電阻值降低。

6 接地極線路絕緣基礎(chǔ)相關(guān)運(yùn)行檢修規(guī)程規(guī)定

接地極線路運(yùn)行維護(hù)單位應(yīng)定期對接地極線路進(jìn)行維護(hù)和檢查，維護(hù)檢查的項(xiàng)目和周期與該系統(tǒng)的直流輸電線路相同。

DL/T251-2012《±800kV直流架空輸電線路檢修規(guī)程》中第11.2.7條規(guī)定，應(yīng)定期對接地極線路進(jìn)行維護(hù)和檢查，維護(hù)檢查的項(xiàng)目及周期與該系統(tǒng)的直流輸電線路相同。

7 接地極線路絕緣基礎(chǔ)運(yùn)行維護(hù)建議

7.1 強(qiáng)化巡視檢查工作

運(yùn)行維護(hù)單位需要強(qiáng)化接地極線路絕緣基礎(chǔ)的巡視檢查工作，重點(diǎn)檢查地腳螺栓有無松動，螺栓墊片及玻璃鋼墊片有無松動及破損情況。如有松動，要及時(shí)緊固；如有破損，要及時(shí)更換。

7.2 加強(qiáng)測量監(jiān)測工作

基礎(chǔ)對地絕緣電阻值是接地極線路絕緣基礎(chǔ)運(yùn)行維護(hù)中的重要參數(shù)，需要加強(qiáng)對該參數(shù)值的測量監(jiān)測工作。當(dāng)該值不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，即當(dāng)其小于500 Ω時(shí)，說明基礎(chǔ)對地絕緣受到破壞，需要及時(shí)處理。

結(jié)語

特高壓直流輸電系統(tǒng)架空接地極線路絕緣基礎(chǔ)是一個(gè)較為復(fù)雜的問題，是預(yù)防基礎(chǔ)電腐蝕的重要措施，運(yùn)行檢修的經(jīng)驗(yàn)還不足。做好接地極線路絕緣基礎(chǔ)的施工運(yùn)行檢修工作需要由科研、設(shè)計(jì)、制造、施工、運(yùn)行等單位共同努力，只有認(rèn)真分析研究，注重細(xì)節(jié)，制定有效對策，采取綜合治理的方式，不斷進(jìn)行專項(xiàng)改進(jìn)治理，才能達(dá)到較好的效果。

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[4]中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會.DL/T 5224-2005，高壓直流輸電大地返回運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定[S].