1、ICS 29.240 Q/GDW 国家电网公司 企业标 准 Q/GDW 11667 2017 高压直流输电大地返回运行系统 设计技术规程 Technical code for design of HVDC earth return operation system 2018-01-18 发布 2018-01-18 实施 国家电网公司 发布 Q/GDW 116672017 I 目 次 前 言 II 1 范围 1 2 规范性引用文件 1 3 术语和 定义 1 4 符号 4 5 系统和技术条件 6 6 接地极址 8 7 电极型式及布置形状 9 8 电极尺寸 . 11 9 接地极材料 13 10 导流
2、系统及辅助设施 14 11 对附近设施的影响及防护 15 12 接地极线路 16 附录 A（ 资料 性附录） 接地极对附近埋地金 属体的腐蚀影响计算方法 19 附录 B（ 资料 性附录） 接地极电场和温度场的分析计算方法 . 21 附录 C（ 资料 性附录） 接地极特征参数 29 附录 D（资料性附录） 常见土壤（岩石）物理参数 33 附录 E（ 资料 性附录） 主要土壤（岩石）参数测量方法 . 35 附录 F（ 资料 性附录） 在线监测系统原理图 . 38 附录 G（ 资料性 附录） 流过交流变压器中性点的直流电流计算方法 39 编制说明 42 Q/GDW 116672017 II 前 言
3、为规范 高压直流输电工程接地极及接地极线路的设计， 制定 本 标准 。 本标准由国家电网公司基建部 和 直流建设部 提出并解释。 本标准由国家电网公司科技部归口。 本标准起草单位：国网北京经济技术研究院、中国电力工程顾问集团中南电力设计院 有限公司 、电力规划设计总院 。 本标准主要起草人： 胡劲松、胡君慧、 郭贤珊、付颖、 杨小光、 于洋、拾杨、黄 玲 、 张冯硕、 王晖、许方荣 、 张涛 。 本标准首次发布。 本标准在执行过程中的意见或建议反馈至国家电网公司科技部。 Q/GDW 116672017 1 高压直流输电大地返回 运行系统 设计技术 规程 1 范围 本标准规定了高压直流输电大地返
4、回 运行 系统的设计规则，给出了该系统的设计原则和设计方法。 本标准适用于 400kV 及以上电压等级双极运行的高压直流输电系统中的接地极及 接地极 线路 （架空） 的设计 。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件 ， 仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB 6830 电信线路遭受强电线路危险影响的容许值 GB/T 50021 岩土工程勘察规范 GB 50545 110kV750kV 架空输电线路设计技术规程 GB 50991 埋地钢质管道直流干扰防护技术标准 DL/T 5159 电力工程
5、物探技术规程 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 高压直流输电大地返回 运行 系统 HVDC earth return operationsystem 在高压直流输电系统中，以大地或海水作电流 回路运行而专门设计和建造的一组装置的总称。它主要包括接地极和 接地极 线路 。 3.2 接地极 earth electrode 可持续地为直流系统传递直流电流的接地装置 。 接地极类型按极址导电媒质的不同可分为海洋接地极、海岸接地极和陆地接地极三类。 放置在陆地上的接地极，被称为陆地 接地极 ；放置在海水或海岸的接地极，被称为海洋或海岸 接地极 。 3.3 接地极址 electrode
6、 site 接地极所在场地。 3.4 接地极线路 electrode line Q/GDW 116672017 2 连接换流站中性母线与接地极导流系统的架空线路或地下电缆。 3.5 分体式接地极 separated electrode 由两个及以上单个接地极并联并通过接地极线路连接到一个换流站中性点的接地极。 3.6 共用接地极 common electrode 被两个及以上换流站共同使用的单个接地极或分体式接地极。 3.7 紧凑型接地极 compact electrode 通过 加装均流电阻等 技术措施，改善电流分布特性和压缩占地面积的接地极。 3.8 垂直接地极 vertical grou
7、nding electrode 将子电极垂直于地面布置的接地极。 3.9 电极 electrode 由馈电元件及其填充材料组成的散流体。 3.10 馈电元件 feeding rod 放置在接地极活性填充材料中的接地导体。 3.11 导流线 guiding line 连接母线与馈电电缆的主干支路，它可以采用架空线或地下电缆。 3.12 馈电电缆 feeding cable 连接导流线和馈电元件的电缆的总称，包括引流电缆（或引流棒）和配电电缆。 3.13 导流系统 current guiding-system 将接地极线路上的电流引导至各馈电元件的装置。它依次由母线、导流线和构架、隔离开关、馈电电
8、缆及其连接件组成。 3.14 跳线电缆 jumper cable 铁质 馈电元件之间 的连接 电缆。 Q/GDW 116672017 3 3.15 额定电流 rated current under monopolar mode 单极大地返回方式运行时，额定功率下的工作电流。 3.16 最大过负荷电流 maximum overload Current 单极大地返回方式运行时，换流阀可连续输送能量的最大过负荷工作电流。 3.17 最大暂态电流 maximum transient overcurrents 在系统发生扰动时，流过接地极数秒时间内的最大平均电流。 3.18 不平衡电流 unbalanc
9、e current 双极直流系统运行时两极电流之差。 3.19 复合电流 composited current 在共用接地极中，当两个及以上换流站同时出现单极大地返回运行时流过接地极的电流。 3.20 阴极 cathode 电流由大地流向接地极时接地极的极性。 3.21 阳极 anode 电流由接地极流向大地时接地极的极性。 3.22 溢流密度 current releasing-density 单位长度馈电元件泄入到大地中的电流。 3.23 设计寿命 designed life 接地极运行时间的设计取值，一般与换流站设计寿命同步。 3.24 腐蚀寿命 corrosion life 接地极以阳
10、极运行时，电流与时间乘积的积分。 3.25 热时间常数 thermal time-constant Q/GDW 116672017 4 在额定电流的持续作用下，接地极温度按其初始速度上升，到达稳态温度需要的时间。 3.26 额定持续运行时间 continuous time under rating current 额定电流运行下允许的最长持续运行时间。 3.27 接地电阻 earthing resistance 接地极对大地无穷远处的电阻。 3.28 跨步电位差 step potential difference 当直流接地极运行时，人体两脚接触地面且水平距离为 1m 的任意两点间电压。 3.
11、29 接触电位差 touch potential difference 当直流接地极 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。 3.30 转移电位 transfer potential 当直流接地极运行时，人站在接地极附近地面触摸远方引入的接地导体，或人站在远处地面触摸极址附近引出的接地导体所承受的接触电位差。 3.31 电渗透 electric-osmosis 直流电场迫使接地极附近土壤中的水分子离开阳极的效应。 3.32 偏差系数 error index 评价接地极溢流密度均衡度的物理量。 3.33 等效入地电流
12、equivalent earthing current 接地极以阴极或阳极运行的总安时 （ A h） 数与设计寿命之比， 用于分析接地极对附近埋地金属体的腐蚀影响。 4 符号 下列符号适用于本文件。 4.1 系统参数 Q/GDW 116672017 5 Id：接地极入地电流； IN：额定电流； IL：流经接地极线路上的电流； To：额定持续运行时间； Ieq：接地极等效入地电流 4.2 土壤和材料参数 S：表层土壤等效电阻率； m：接地极埋设层土壤等效电阻率； m：接地极埋设层土壤等效热导率； p：任意点 P 处的土壤电阻率； Cp：任意点 P 处的土壤热容率； c：土壤自然最高温度； ：焦炭
13、电阻率； C：焦炭热容率； g：馈电元件材料密度； 4.3 计算系数 k：计算土壤温升的配合系数； k1： 保护系数 ， 焦炭中单位面积离子流与总电流之比； k2：电腐蚀汇集效应系数； ker：溢流密度不均匀系数； ：垂直接地极子电极长度与间距的配合系数； 4.4 几何参数 Sp：点 P 处焦炭截面边长； p：点 P 处馈电元件等效直径； ：接地极运行时间到达设计寿命时的馈电元件残余等效直径； D1：垂直型电极布置间距； L：电极总长度 L0：垂直型子电极长度； h：接地极最小埋设深度； d：接地极与地下金属构件的最小距离； D：导线水平极线间距离； fc：导线最大弧 垂； A：覆冰线间距离增
14、大常数； 4.5 特征参数 eq：极址整体大地等效电阻率； Re：接地极的接地电阻； T：接地极热时间常数； pm：设计允许的接地极最高温度； ：电极溢流密度； Q/GDW 116672017 6 p：任意点 P 处的溢流密度； Upm：最大允许跨步电位差； Umax：最大跨步电位差； F：阳极运行寿命； Vf：馈电元件材料在土壤中的电腐蚀速率； Up：接地极线路点 P 处的电压； R0：接地极线路单位长度线路的电阻； Lp：点 P 离开接地极的距离。 5 系统和技术条件 5.1 系统条件 5.1.1 高压直流输电大地返回 运行 系统应满足在各种运行工况下的入地电流及其持续时间、设计寿命、接地
15、极的极性以及对包括换流站、电力设施等在内的环境影响的技术要求。 5.1.2 高压直流输电大地返回系统的入地电流及其持续时间应根据直流输电系统的功能和建设要求确定 。如无资料，设计时可按下列取值： a） 额定电流及持续时间。额定电流为系统额定直流电流，该电流最长持续时间为额定持续运行时间。对双极系统，如双极分期建成，额定持续运行时间宜取单极建成投运后至双极建成投运前单极大地运行时间；如双极一次建成，额定持续时间 宜取 30 天。 b） 最大过负荷电流及持续时间。最大过负荷电流宜取额定电流的 1.1 倍。该电流最长持续时间宜取冷却设备投运后最大过负荷电流下持续运行时间，并不小于 2 小时。 c）
16、最大暂态电流。最大暂态电流宜取额定电流的 1.25 倍 1.50 倍。 d） 不平衡电流。对双极电流对称运行的直流输电系统， 最大不平衡电流宜取额定电流的 1%；对非对称运行的直流输电系统，宜取两极额定电流之差。不平衡电流持续时间宜取直流系统双极正常运行的总时间。 5.1.3 对于两个及以上换流站共用的接地极，设计接地极时的入地电流应考虑事故情况下的复合电流。复合电流宜根据事故情况下两个及以 上换流站同时出现同极性单极以大地返回方式运行的时间概率合理取值； 计算跨步电位差和电缆截面，复合电流可取其中两个换流站额定电流之和的最大值；其它计算，复合电流可取其中一个换流站最大额定电流和另一个换流站不
17、平衡电流之和。 5.1.4 接地极的极性应满足直流输电系统运行方式和环境保护的要求，如无可靠资料，可按极性可逆设计。对于阳极接地极应计算接地极自身电腐蚀损耗，电腐蚀损耗可按附录 A.1 的方法计算。在接地极附近存在较长的埋地金属体情况下，当接地极阳极运行时，应计算地电流对该金属体远端的腐蚀影响；当接地极阴极运行时，应计算地电流对该金属体附近的腐蚀影响；对于带有阴极保护的埋地金属体，均应考虑地电流对阴极保护系统的影响。 共用接地极的极性应由与其共享的每个直流系统电流方向及幅值确定。 5.1.5 接地极宜按一次性建成投产进行设计，其设计寿命应与使用该接地极的换流站相同。如无可靠资料，接地极设计寿命
18、不宜少于 40 年。 共用接地极的设计寿命应按照从第一个换流站投运到最后一个换流站停止使用来决定。 5.1.6 在接地极的设计寿命内，由腐蚀导致的接地极材料损耗不应影响其正常工作。计算接地极腐蚀寿命时，下列情况均应计算在内： a） 单极系统。对单极（或一极先建成投运）系统，接地极极性可根据直流系统运行方式确定。如果没有确定运行方式，宜按照阳极确定。 Q/GDW 116672017 7 b） 双极系统单极运行。在双极系统投运后，应考虑一极检修或事故时，另一极（健全极）以大地返回运行情况。 c） 双极运行。在双极运行期间，应选取不平衡电流以计算阳极运行的安时数。 5.2 技术条件 5.2.1 接地
19、极设计应使其在规定的设计寿命期内和额定电流 、最大过负荷电流、最大暂态电流等各种入地电流条件下安全可靠地运行，并且应将接地极温升、接地电阻、跨步电位差、接触电位差和转移电位等各项技术参数指标限制在允许的范围内。 对于共用接地极或多个距离较近的接地极，原则上不考虑各直流系统同时以同极性大地返回运行方式长时间连续运行。宜按照附录 B、附录 C 方法对各项接地极特性参数进行计算。 5.2.2 接地极任意点的最高温度不得超过所在位置的水的沸点。设计时应计及海拔和水压对水沸点的影响。 5.2.3 对单极大地返回运行状态下的非共用接地极，在额定电流持续时间大于其热时间常数情况下，其温升一般受其接地电阻控制
20、，接地电阻应满足式 （ 1） 的要求： （ ） （ 1） 式中： Re接地极的接地电阻， ； IN额定电流， A； m接地极埋设层的土壤等效热导率， W/（ mK） ； eq极址整体大地等效电阻率， m； m接地极埋设层的土壤等效电阻率， m； pm设计允许的接地极最高温度， ； c土壤自然最高温度， 。 5.2.4 对单极大地返回运行状态下的共用接地极，在额定电流持续时间大于其热时间常数情况下，其接地电阻除了应满足式（ 1）热稳定要求外，还应满足其中双极运行的直流系统中性点电位偏移不超过最大允许值要求。 5.2.5接地极最大允许跨步电位差按 式 （ 2） 计算： （ 2） 式中 ： Upm最
21、大允许跨步电位差， V； s计算地点的表层土壤等效电阻率， m。 5.2.6 在计算最大允许跨步 电位差时，不同结构型式接地极的最大允许跨步电位差应符合下列要求 ，对于不满足 要求的地方 应采取加装围栏等隔离措施。 a） 对于非共用接地极，在一极最大过负荷电流下，地面任意点跨步电位差不得超过 Upm；当其中一段接地极退出运行时， Upm不得超过 50V。 b） 对于共用接地极，在设计时应考虑事故情况下可能出现短时（ 30min）同极性大地返回方式运行工况。在最大复合电流下，共用接地极的最大允许跨步电位差可参照式（ 2）要求适度放宽，但应评估其次生影响。 c） 对于分体式接地极，当一个接地极因事
22、故原因退出运行时（ 30min），额定电流下的最大跨步电位差应不大于 2.5 倍的 Upm，且不应超过 50V。 5.2.7 对于公众可接触到的地上金属体，在一极最大过负荷电流下，接触电位差应不大于 7.42+0.008s。 Q/GDW 116672017 8 对于公 众不可接触到的地上金属体，在单极额定电流下，接地极导体对导流构架（杆塔）间的电压，不宜大于 50V。 5.2.8 对于长时间以阳极运行的接地极，应限制焦炭与土壤接触面处的最大电流密度。对于长期处于单极运行或土壤水分含量少的阳极接地极，额定电流下最大面电流密度应不超过 1A/m2；对于长时间双极运行或土壤中水分含量多的接地极以及垂
23、直型接地极，额定电流下最大面电流密度取值应按水的压力进行修正。 5.2.9 接地极在额定电流运行时，靠近接地极的鱼塘水中任意点的场强不宜大于 1.25V/m。对于共用接地极或多个距离较近的接地极，在设计时应考虑事故情况下可能出现 30min 短时同极性大地返回方式运行工况。 5.2.10 在过负荷 电流情况下 ,对通信系统最大转移电位宜不大于 60V。 5.2.11 共用接地极至少应考虑一个直流系统接地极线路检修时，不影响其它直流系统正常安全运行。 6 接地极址 6.1 极址选择 6.1.1 接地极址的选择应综合考虑接地极线路长度、极址技术条件、极址周边相关设施状况和地方发展规划等因素，做到安
24、全可靠，经济合理，对环境影响小。 6.1.2 在极址选择中， 对可能的每个接地极址方案，应进行不小于 10km 范围内的地形地貌、地质结构、水文气象等自然条件的调查，并宜按照附录 D 要求对极址进行技术评估；同时 ，还应向当地政府或部门了解地方发展规划，应收集不小于第 10.1.3 要求的计算范围的现有和规划的电力设施（发电厂、变电站、线路等）、不小于 50km 范围内的地下金属管线、铠装或接地电缆和铁路等设施资料。 6.1.3 接地极极址与换流站、 220kV及以上电压等级的交流变电站、地下金属管道、通信电缆、铁路等设施的距离应符合本规程第 11.1.1条、 11.2.1条的规定。 6.1.
25、4 接地极址宜选择在远离城市和人口稠密的乡镇，交通方便， 不受 洪水冲刷 和 经常淹没 ，接地极线路走线方便的空旷的地带。 在换流站与海岸的距离较近 且海洋环境条件允许的地方，宜采用海洋或海岸电极。 6.1.5 接地极址应具有宽阔且导电性能良好的散流区，极址附近的土壤电阻率宜不大于 100m；土壤应潮湿，但不宜有渍水。水平布置的接地极埋设区地面最大相对高差不宜大于 5m。 6.1.6 在有条件的地方，宜采用多个换流站共用接地极或极址 。 6.1.7 在极址选择阶段，宜进行大地电阻率测量，以便评估接地极对周边环境的影响。 6.2 土壤参数测定 6.2.1 在进行接地极论证和设计时 ,应测定的接地
26、极址土壤主要物理参数包括：大地电性特性及其结构（含 浅层 土壤电阻率和深层 大地 电阻率）；土壤热导率、热容率；土壤最高温度、湿度、地下水位等。 6.2.2 浅 层 土壤电阻率应采用现场物探法测量。常用土壤电阻率参数的测量方法应符合本规程附录 E.1或附录 E.2 的规定。 在测量中，对仪表精度、外业观测、误差检验、数据校正等，应符合 GB/T 50021和 DL/T 5159 中的规定。 6.2.3 浅 层 土壤电阻率参数测量范围宜大于接地极面积的 2 倍且不宜小于 1km2， 最大测量极距不宜小于 1000m。 6.2.4 测量 浅 层 土壤电阻率参数宜分别在相互垂直两个方向布线测量，并应
27、分块分层进行。对土壤类别界面清晰的地带，可根据土壤类别分层测量其电阻率；对土壤类别界面不清晰的地区，应分块分层测Q/GDW 116672017 9 量。 在电压探针极距大于 300m 情况下，应采取措施，减少地中干扰电流对测试结果的影响，保证测试结果误差不大于 5%。 6.2.5 在测量 浅 层 土壤电阻率 时 ，同一测点和同一测深极距应交换电源接线极性，分别读取两次测量数据；当两次测量数据差别大于 5%时，应重复测量。 6.2.6 对于水平（沟）型埋设的接地极，宜实地测试电极埋设层土壤电阻率参数季节系数。 6.2.7 深层 大地 电阻率应采用现场物探法测量， 探测范围宜不小于 2 倍的接地极
28、占地面积 ， 探测深度宜不小于数十千米，勘探方法 可按附录 E.3 执行 ，并可按附录 E.4 的方法对测得的土壤电阻率值进行修正。 6.2.8 应测量电极埋设层土壤热容率，测量方法可按附录 E.5 执行。 6.2.9 应测量电极埋设层土壤热导率，测量方法可按附录 E.6 执行。 6.2.10 土壤自然最高温度宜通过实地测量或从气象部门获取。在测量地温时，宜采用热敏电阻温度计，测量地下 2m 处土壤夏季的最高和冬季的最低温度。对于没有地热源和四季分明的地区，土壤自然最高温度可按该地区历年高温季节的平均最高气温降 10 取值；土壤最低温度可按该地区历年低温季节的平均最低气温加 10 取值。 6.
29、2.11 对于潮湿低洼的接地极址，应通过测量获取土壤的湿度（或地下常年水位）、 Cl-、 SO42-离子含量和 PH 值等参数。当接地极作为阳极运行时，还宜测量极址土壤的电渗透系数。 6.2.12 宜采用钻探方式进行地质勘探，探明极址土壤类型、覆盖层厚度。勘探范围应满足接地极布置要求，勘探深度宜至基岩。 6.2.13 应测量 1:1000 或 1:2000 地形图，测量范围应满足接地极布置要求。 6.3 设计取值 6.3.1 对土壤参数的设计取值，应以实际测量数据为依据，通过分析、统计和整理，合理取值 ,并保证设计采用的数据的可信度大于 95%。 6.3.2 接地极址计算模型应符合实际条件。如
30、果接地极址土壤参数分布不均匀，可对极址计算模型做适当的等效简化，但按等效简化后的极址模型计算，接地极溢流密度、最高温度、最大跨步电位差、接地电阻、电位升及其分布等特征参数不应受到明显影响。对于极址位于平原、丘陵地区，可采用二维水平分层 极址模型；对于极址位于山区、海滨、河流等地质复杂地区，宜采用三维极址模型。 6.3.3 土壤电阻率参数设计取值应计入季节系数。 7 电极型式及布置形状 7.1 电极型式 7.1.1 直流输电接地极类型按极址导电媒质的不同可分为海洋接地极、海岸接地极和陆地接地极三类。在选择极址时应根据换流站所在地理位置和附近环境条件，通过技术经济论证及综合考虑，择优选择接地极类型
31、。 7.1.2 接地极馈电元件布置型式可采用水平型和垂直型两种。设计时应根据系统条件、极址地形条件及土壤电阻率参数分布情况，通过技术经济综合比较确定接地极的布置型式。 7.1.3 水平型接地极可分为普通型、紧凑型和分体式接地极。在极址条件良好且不受约束的情况下，宜选用普通型接地极。当极址条件受到限制时，可采用紧凑型或分体式接地极。 7.1.4 在一个接地极极址不能满足接地极技术要求情况下，可采用分体式接地极。 7.1.5 设计分体式接地极时，宜通过合理布线和调节 L1 和 L2 参数，使流过接地极的电流与其长度大致成比例。必 要时，可通过选择分导流线型号或在 L1 支路中串入均流装置来调节电流
32、。 Q/GDW 116672017 10 7.1.6 在受到接地极址场地尺寸限制情况下，采用常规接地极设计其主要特征参数难以满足要求时，可以采用紧凑型接地极 。紧凑型接地极电气接线如图 1 所示。 7.1.7 紧凑型接地极是通过在部分支路上串入电阻装置，控制电流分配以改善接地极主要特征参数。设计时，应结合接地极址土壤参数，深入研究电极布置、电阻装置参数对接地极特征参数的影响，优化电极布置和电阻装置参数配置，改善特征参数（或压缩占地面积）的效果。 7.2 电极结构及其布置 7.2.1 直流接地极一般是由馈电元件和活性材料构成，且水平或垂直于地面布置。水平型电极宜采用方形或矩形断面，垂直型电极断面
33、宜为圆形；馈电元件位于中央，四周 填充焦炭， 如 图 2 所示。 典型的焦炭夯实密度应在 1000kg/m3 1100kg/m3 之间。 图 2 电极断面示意图 7.2.2 在选择接地极布置形状时，应力求使溢流密度分布均匀，最大偏差系数不宜大于 2。在确定陆地电极布置形状时，宜遵循下列基本原则： a） 在场地允许的情况下，宜优先选择单圆环形布置；其次是双同心圆环形布置，且内外圆环直径之比宜为 0.65 0.85；在场地条件受到限制而不能采用圆环形电极的情况下，也应尽可能地使电极布置得圆滑，减少圆弧的曲率。 b） 在极址地形地貌整体性较差情况下，可采用星形布置。对于海岸或河岸电极，电极宜采用直线
34、形布置，沿海岸或河岸敷设。 D A B C O 内环 中环 外环 J J B D B D A A A、 B、 C、 D 分别是导流线与引流线节点的位置 O 母线节点； J 均流装置 图 1 紧凑型接地极电气接线示意图 O Q/GDW 116672017 11 c） 在采用星形电极情况下，分支数宜不大于 6，且应在溢流密度最大的端部，布置一个大小合适的 “均流环 ”，以降低端部的溢流密度。 d） 在受温升和跨步电位差条件控制情况下，可选用多圆环形电极同心布置，同心圆环数不宜超过三个。 e） 宜对称布置，以利于导流系统布置，提高导流系统分流均衡度和可靠性。 7.2.3 在 接地极位于沟、渠、塘等低
35、洼地带附近位置，且在接地极埋设深度小于沟、渠、塘的深度的情况下，接地 极与其边缘距离应不小于沟、渠、塘深度的 2 倍。接地极应避免穿越建筑物，其正上方与地面建筑物的最小水平距离不应小于 20m。 7.2.4 对于垂直型接地极，其子电极布置间距与长度的关系宜满足 式 （ 3） 要求。 0 （ 3） 式中： D1垂直型子电极布置间距， m； 配合系数，取 0.6 1.1； L0垂直型子电极长度， m。 7.2.5 直流接地极馈电元件宜分隔成若干段，以便监测和检修。馈电元件分隔段数不宜过多，以免影响电流分布和使导流系统复杂化；子段电极长度的选取应考虑当其中一段退出运行（检修）时，其它段仍然能在所规定
36、的最大过负荷电流下安全可靠地运行。 7.2.6 首尾不连续的两馈电元件的间隔不应大于 2m。 7.2.7 电极埋设深度应符合下列要求： a） 在电极长度远大于电极埋设深度情况下，且土壤电阻率近似均匀时，接地极最小埋设深度可按式（ 4） 近似计算。 pmsUh 2（ 4） 式中： h接地极最小埋设深度， m； s 表层土壤等效电阻率， m； 接地极溢流密度， A/m； Upm地面最大允许跨步电位差， V。 b） 电极应埋设在土壤电阻率低、热特性好、水份充足的土壤中，而不应埋设在如岩石、砂卵石层和干燥无水的高电阻率的土壤中。 c） 接地极埋深应避免可能受到来自诸如田间作业、机耕等方面的人为破坏，同
37、时可避免大气温度对电极运行性能的影响。 d） 在满足上述条件要求的情况下，应尽可能减小电极的埋设深度，但不宜小于 1.5m。 8 电极尺寸 8.1 在特定布置形状下，电极总长度或占地面积、焦炭断面边长和馈电元件直径的最小尺寸应满足下列条件要求： a） 在额定电流持续作用下，接地极任意部位最高温度不应超过水的沸点； b） 在最大过负荷电流下，地面任意点最大跨步电位差不得大于其允许值； c） 在设计寿命期间，考虑腐蚀后的馈电元件仍应满足系统对其载流量的要求； d） 在额定电流持续时间大于其热时间常数情况下，接地电阻应满足 5.2.3 条要求。 8.2 接地极的长度或占地面积，应以允许的最大跨步电位
38、差为基础，以水的沸点温度为校核条件，通过优化接地极材料用量来确定。 Q/GDW 116672017 12 8.3 在接地极址土壤参数分布不均匀或接地极为非圆环型布置情况下，应计入溢流密度偏差系数对接地极尺寸的影响。 8.4 对长时间以大地返回方式运行的接地极，其温升应受接地极接地电阻控制，接地电阻应满足本规程公式（ 1）的要求。 在设计分体式接地极时，应计算流过 各分电极的电流，并应根据电流分配值分别计算或校核各分电极热稳定 ； 在设计共用接地极时，本规程公式（ 1）中 IN 宜取与该电极相连接的直流系统中最大 的额定电流加上其它直流系统出现的不平衡电流之和。 8.5 对短时间以大地返回方式运
39、行的接地极，电极上任意点 P 处的焦炭截面边长应满足 式 （ 5） 要求，以保证任意点 P 处最高温度不超过给定的允许值。 对长时间以阳极运行的接地极，土壤接触面处的最大溢流密度还应满足 5.2.8 条的技术要求。 （ ）（ 5） 式中 ： Sp点 P 处焦炭截面边长， m； k土壤温升配合系数 ,见附录 C.2； m 电极埋设层的土壤等效电阻率， m； p点 P 处的溢流密度， A/m，均匀情况下 p=IN/L； T0 额定持续运行时间， s； p点 P 处的土壤电阻率， m； Cp点 P 处的土壤热容率， J/（ m3K） ； pm接地极最高允许温度； c土壤自然最高温度， 。 8.6 馈
40、电元件尺寸除应满足载流量要求外，还应同时满足公式 （ 6）和（ 7） 的要求。 0 0 （ 6） （ 7） 式中： p点 P 处馈电元件等效直径， mm； k1保护系数，焦炭中单位面积离子流与总电流之比； k2电腐蚀汇集效应系数； F阳极运行寿命， Aa； 在设计共用接地极时，式（ 6）中 F 应取该接地极出现以阳极运行的安时数总和。 Vf馈电元件材料在土壤中的电腐蚀速率， kg （ Aa） ； 接地极运行时间到达设计寿命时的馈电元件残余等效直径， mm； g馈电元件材料密度， g/cm3； IN额定电流， A； 焦炭电阻率， m； C焦炭热容率， J/（ m3K ） 。 其余与式（ 5）相同
41、。 8.7 在计算馈电元件等效直径时，应根据阳极运行寿命，结合电极尺寸和所用馈电元件材料的密度、电腐蚀速率、电腐蚀汇集效应系数等腐蚀特性，合理选择其值。 Q/GDW 116672017 13 9 接地极材料 9.1 接地极材料主要包括馈电元件、石油焦炭及其它辅助材料。 9.2 选择馈电元件材料应根据导电性能良好、抗腐蚀性强、机械加工方便、无毒副作用、经济性好的原则，结合工程和市场条件，通过技术经济比较确定。 9.3 用于直流接地极的馈电元件宜为碳钢、高硅铸铁、高硅铬铁、石墨等材料。要求碳钢的含碳量宜小于 0.5%，石墨材料应经过亚麻油浸泡处理，高硅铸铁和高硅铬铁化学成分应要求见表 1。 表 1
42、 铁硅合金电极成份（ %） 化学成份 高硅铸铁 高硅铬铁 硅（ Si） 14.25 15.25 14.25 15.25 锰（ Mn） 0.5 0.5 碳（ C） 1.4 1.4 磷（ P） 0.25 0.25 硫（ S） 0.1 0.1 铬（ Cr） 0 4 5 铁（ Fe） 82.5 77.5 9.4 在土壤和地下水中 pH 值为 3 11、 Cl-与 SO42- 离子含量之和小于 500mg/L 的情况下 ,且阳极运行寿命小于 40106Ah 的接地极，馈电元件宜采用碳钢材料。 9.5 在腐蚀寿命大于 40106Ah 或土壤的 PH 值小于 3 的情况下，馈电元件材料宜采用高硅铁或石墨。
43、9.6 对海岸接地极 ，馈电元件应采用高硅铬铁。 9.7 当选 用高硅铸铁或高硅铬铁作馈电元件时，其成品应带有引流电缆。 9.8 石油 焦炭原材料应经过 1350 温度的煅烧，驱散其挥发成分。要求煅烧后的石油焦炭的碳含量不低于 95%，挥发性不大于 0.5%，硫含量不大于 1%。 9.9 用于 直流接地极的石油焦炭成品，其物理特性要求见表 2。 表 2 接地极石油焦炭的物理特性 电阻率 （ 当容重为 1.1 g/cm3 时 ） 注 1.0 J/cm3/K 注：采用接地降阻材料 技术条件 DL/T 380 提供的测量方法。 9.10 使用塑料薄膜和编织袋包装，封口牢固可靠，防止受污染。 Q/GD
44、W 116672017 14 10 导流系统及辅助设施 10.1 导流系统的接线布置及其参数 10.1.1 接地极 应设置导流系统，来自换流站的接地极线路应接到导流系统中心母线上，使入地电流能较均匀地通过导流系统流过各馈电元件。导流系统布置应符合下列要求： a） 对需要在接地极处配置接地极线路监视电抗器的，应将该监视电抗器串接在导流系统中心母线之前； b） 在中心母线与引流电缆间应设置导流线 。 c） 对非碳钢材料的馈电元件，在导流线与引流电缆间应设置配电电缆； d） 设计导流系统时，应力求使流过同级别路线上的电流相等或大体相等。 10.1.2 导流 线可采用架空线钢芯铝绞线或地下电缆，其布置
45、应与电极形状配合。对于对称形布置的接地极，导流线也宜是对称形布置。 10.1.3 配电 电缆宜沿接地极采用地下敷设方式。对馈电元件采用碳钢材料的，可不配置配电电缆；对馈电元件采用非碳钢材料的，如高硅铸（铬）铁、石墨等，应设置配电电缆。 10.1.4 引流 电缆宜就近地下敷设。 10.1.5 导流 线和馈电电缆的截面应通过计算并根据各支路的电流大小确定，同时应满足当 根导流线或一段电极停运 （ 损坏或检修 ） 时，不影响到其它导流线和馈电电缆的安全运行。 在选择地下电缆导体截面时，应按土壤环境条件（如最高环境温度、土壤热导率、热容率、电缆间距等参数），对其最大允许载流量进行校正。 10.1.6
46、导流 线的绝缘水平应满足最大暂态过电流下不发生闪络或击穿。 对于导流线采用架空线，导线对其构架的绝缘宜使用两片一般直流悬式绝缘子；对于导流线采用电缆，绝缘水平选择应符合本 标准 第10.1.8 规定。 10.1.7 馈电 电缆和跳线电缆宜选用单芯铜导体交联聚乙烯电缆；对于直接埋在土壤中的电缆，宜采用用带有铠装的单芯铜导体电缆，且在安装中馈电电缆铠装应单端接地，另一端对地有效可靠绝缘并防止被人碰触。 10.1.8 导流 系统中的导流线、配电电缆和引流电缆的最高允许温度应不低于接地极的最高温度；对地绝缘水平不应低于 6kV；当馈电元件采用如高硅铸（铬）铁材料时，自带的引流电缆对地绝缘水平不应低于
47、750V。 10.1.9 共用接地极可在每一回接地极线路终端安装隔离开关或可断开的断口。隔离开关的额定电流应不小于该回路可能出现的最大电流，额定电压不宜低于 10kV。 10.1.10 导流系 统母线宜采用较柔软的钢芯铝绞线或硬铝管导体。 10.1.11 当需要 在接地极端接入 接地极线路监视装置时，该设备技术及安装要求由换流站设计确定。 10.2 连接及防护 10.2.1 每个 电极段或配电电缆段应有两路引流电缆接入。在导流线和引流电缆间，应采用在地面螺栓连接或设置户外型隔离开关连接，以方便检修或调试。在采用隔离开关情况下，隔离开关 应布置在导流线构架上，隔离开关底座离地面不小于 2.5m。
48、 10.2.2 对于 馈电元件采用碳钢材料，可直接采用 导流线 或导流电缆 将导线与馈电元件连接起来， 如图3a）所示； 对于采用高硅铸铁或高硅铬铁导电性能较差的材料，需要通过引流电缆和配电电缆将导流线与馈电元件连接起来 ，如图 3b）所示 。 Q/GDW 116672017 15 a）馈电元件为碳钢 b） 馈电元件为高硅铸铁或高硅铬铁 图 3 电缆的连 接 10.2.3 在电极 穿越渠道、塘、冲沟等低洼地带情况下，应使用跳线电缆连接接地极，且每段跳线应使用两根电缆。 10.2.4 对于 馈电元件是碳钢材料，引流电缆与馈电元件、跳线电缆与馈电元件的连接，其焊接位置离开电极 （ 馈电元件 ） 端
49、点的距离宜不小于 5m。 10.2.5 对于馈 电元件是碳钢材料，电缆与馈电元件、馈电元件与馈电元件的续接宜采用放热焊接 ,也可采用弧光焊接。焊接应牢固可靠，焊接的接触电阻不应大于同等长度原规格材料的电阻。 10.2.6 除分 支接头外，地下电缆中间不应有接头。 10.2.7 所有 的地下电缆接头都应采用环氧树脂可靠密封。 10.2.8 在电 缆的入地处，应对电缆采取有效保护措施。 10.3 辅助设施 10.3.1 在接地极引流电缆位置宜设置检测井，并设置获取电极温度和湿度等信息的监测孔或监测接口。 10.3.2 接地极宜设置在线监测系统，监测内容可按附录 F确定。 10.3.3 电流 分配监测
