專(zhuān)利名稱(chēng)：超高壓直流輸電線路的接地極保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及輸電領(lǐng)域，更具體地涉及一種用于超高壓直流輸電線路接地極保護(hù)裝置。
背景技術(shù)：
目前直流輸電通?？刹捎萌N接線方式單極線路、同極線路、和雙極線路。采用單極和同極接線時(shí)，線路的傳輸電流將全部由接地電極進(jìn)入大地。單極接線時(shí)長(zhǎng)期通過(guò)接地電極的電流即為傳輸電流，同極接線時(shí)則為兩條線路傳輸電流的總和。采用雙極接線時(shí)，長(zhǎng)期通過(guò)接地極的電流是線路的不平衡電流，它一般為線路傳輸電流的1% 3%。然而，當(dāng)一極發(fā)生故障退出運(yùn)行而轉(zhuǎn)為單極接線的工作方式時(shí)，通過(guò)接地極的電流會(huì)上升為健全極線路的傳輸電流，其持續(xù)時(shí)間一般達(dá)數(shù)十天。如果為了要在故障情況下保持必要的傳輸功率，健全相有時(shí)還需在短期過(guò)負(fù)荷下運(yùn)行，此時(shí)通過(guò)接地極的電流還會(huì)進(jìn)一步增大。在直流輸電中，由于雜散電流和小回路的因素，要求對(duì)接地極做絕緣處理的目的是根據(jù)直流輸電運(yùn)行特性，避免由于直流電流通過(guò)基樁之間或基樁與直流接地極之間形成回路，從而影響直流輸電運(yùn)行和鋼筋的電解腐蝕，進(jìn)而提高其使用壽命。根據(jù)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)范》中9. 1之規(guī)定，對(duì)一定距離內(nèi)，某些參數(shù)范圍內(nèi)的地下金屬構(gòu)筑物，要采取保護(hù)措施，例如分段絕緣、 陰極保護(hù)、更換材料、搬遷等。在電解質(zhì)中直流輸電與交流輸電的一個(gè)主要區(qū)別是直流會(huì)導(dǎo)致電子(或離子) 單向移動(dòng)，金屬失去電子而生成離子，從而產(chǎn)生電解腐蝕現(xiàn)象；而交流(如50Hz)是電流波形成正弦波，電流的流向非單向進(jìn)行，故金屬電解腐蝕較弱。因此，當(dāng)采用直流輸電運(yùn)行時(shí)， 不但在接地極址周?chē)纬蓮?qiáng)的電場(chǎng)產(chǎn)生腐蝕，而且在整個(gè)回路中也會(huì)形成回路系統(tǒng)，從而對(duì)流出電流方產(chǎn)生腐蝕。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》對(duì)直流接地裝置的材料、布置方式作了一些說(shuō)明，例如對(duì)材料列舉了以下一些種類(lèi)鐵、高硅鑄鐵、高硅鉻
鐵、石墨等。目前世界上已投運(yùn)的直流接地極可以分為兩類(lèi)一類(lèi)是陸地電極，另一類(lèi)是海洋電極。由于面對(duì)的極址條件不同，因而兩者的布置方式是不同的。從我國(guó)建設(shè)的直流工程接地極來(lái)看，大多數(shù)為陸地接地極。目前，直流輸電接地極可以設(shè)置成不同的結(jié)構(gòu)。在選擇直流接地電極的形狀時(shí)，應(yīng)盡量選用那些電流能沿導(dǎo)體均勻流散的形狀，這也是為了滿(mǎn)足土壤發(fā)熱時(shí)間常數(shù)和電極熱穩(wěn)定性的要求，例如，已投入運(yùn)行的直流輸電接地極的形式是多種多樣的。一種常用的直流輸電接地極(如士500kV直流輸電)是采用直線形接地極，另一種常用方式是采用圓環(huán)形接地極?；蛘撸谡麄€(gè)輸電線路的某一側(cè)采用直線形接地極，而另一側(cè)采用圓環(huán)形接地極。許多工程都是根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況，將接地極設(shè)計(jì)成不規(guī)則的形狀，如可將直流工程的兩側(cè)接地極設(shè)計(jì)成周長(zhǎng)為1200m的封閉環(huán)形。此外，與交流輸電的接地電極相比，直流接地電極的尺寸一般都比較大，而且不采用交流接地所用的網(wǎng)狀地網(wǎng)。目前，直流接地電極主要采用增大接地極截面方式，只是為了降低電極表面的最大流散電流密度，減小接地極的腐蝕，但是隨之而來(lái)帶來(lái)的問(wèn)題就是工程造價(jià)巨大。然而，目前直流接地電極由于深埋地下的緣故，沒(méi)有辦法進(jìn)行隨時(shí)監(jiān)控，具有不可控性。此外，即使采用諸如直流接地極選用碳鋼材質(zhì)、或增大金屬截面積等手段，直流接地極的腐蝕現(xiàn)象仍很明顯。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，一般每年以數(shù)毫米的速度腐蝕(作為陽(yáng)極運(yùn)行的接地極)，且腐蝕主因是電解腐蝕。例如，某一直流輸電工程的接地極在1990年6月至 1991年9月的3次開(kāi)挖中發(fā)現(xiàn)，原直徑30mm的接地鋼棒最厲害處只有1 Imm 了，所以如何增加接地極的使用壽命以及如何對(duì)接地極的腐蝕狀況進(jìn)行測(cè)量便成了工程當(dāng)務(wù)之急。如上所述的，目前直流輸電(尤其是超高壓直流輸電)的現(xiàn)有技術(shù)存在以下缺陷 采用普通鋼質(zhì)接地材料，抗腐蝕性能差，尤其是直流電解腐蝕，使用壽命短；加大接地裝置的接地極的截面，造成工程投資巨大；接地裝置的接地網(wǎng)的腐蝕情況不可監(jiān)控。因此，本領(lǐng)域迫切需要開(kāi)發(fā)新的、抗腐蝕性能強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)、成本低廉、且可監(jiān)控接地裝置腐蝕程度的直流輸電的接地裝置。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供了一種抗腐蝕性能強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)、成本低廉、且可監(jiān)控接地裝置腐蝕程度的直流輸電的接地裝置。在本實(shí)用新型的第一個(gè)方面，提供了一種超高壓直流輸電線路接地極保護(hù)裝置， 它包括直流輸電線路接地極；犧牲陽(yáng)極，其與直流輸電線路接地極電氣連接；以及測(cè)試樁，其設(shè)有與直流輸電線路接地極電氣連接的第一測(cè)量電極。在另一優(yōu)選例中，接地極保護(hù)裝置還包括參比電極，并且所述的測(cè)試樁設(shè)有與所述的參比電極電氣連接的第二測(cè)量電極。在另一優(yōu)選例中，所述的參比電極位于測(cè)試樁內(nèi)部。在另一優(yōu)選例中，所述的第一測(cè)量電極和第二測(cè)量電極位于所述的測(cè)試樁高于地面的部分。在另一優(yōu)選例中，所述的接地極的形狀為任意集合形狀。更佳地，接地極的形狀為圓環(huán)、橢圓形、長(zhǎng)方形、方形、直線形或其組合。在另一優(yōu)選例中，所述的裝置還包括一測(cè)量裝置，所述的測(cè)量裝置與所述的第一測(cè)量電極和第二測(cè)量電極相連，從而測(cè)量接地極與參比電極的電位差。在另一優(yōu)選例中，所述的直流輸電線路接地極是士500kV、士800kV、士 IOOOkV直流輸電線路的接地極。在另一優(yōu)選例中，所述的直流輸電線路接地極和所述的犧牲陽(yáng)極位于地面以下， 且兩者距離小于200米。[0030]更佳地，所述的直流輸電線路接地極和所述的犧牲陽(yáng)極的距離小于20米。在另一優(yōu)選例中，所述的測(cè)試樁具有一個(gè)測(cè)量口，所述的測(cè)量口中設(shè)有用于測(cè)量電位差的所述的第一測(cè)量電極和第二測(cè)量電極。在另一優(yōu)選例中，所述的電氣連接是通過(guò)電纜連接。在本實(shí)用新型的第二方面，提供了一種超高壓直流輸電線路結(jié)構(gòu)，所述的輸電線路結(jié)構(gòu)包括直流輸電線路以及本實(shí)用新型第一方面中所述的超高壓直流輸電線路接地極保護(hù)裝置。本實(shí)用新型的超高壓直流輸電線路接地極保護(hù)裝置的主要優(yōu)點(diǎn)包括(a)接地極的抗腐蝕性能強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)；(b)接地極保護(hù)裝置成本低廉；(c)可監(jiān)控接地裝置腐蝕程度的直流輸電的接地裝置；(d)特別適用于超高壓直流輸電線路或工程，尤其是士800kV、士 IOOOkV直流輸電線路或工程。應(yīng)理解，在本實(shí)用新型范圍內(nèi)中，本實(shí)用新型的上述各技術(shù)特征和在下文(如實(shí)施例)中具體描述的各技術(shù)特征之間都可以互相組合，從而構(gòu)成新的或優(yōu)選的技術(shù)方案。 限于篇幅，在此不再一一累述。

圖1顯示了本實(shí)用新型的一種優(yōu)選例中的接地裝置的示意圖。圖中，各個(gè)標(biāo)記含義如下
1接地極2犧牲陽(yáng)極3陽(yáng)極與接地極的連接點(diǎn)4測(cè)試樁(或稱(chēng)為“接地極保護(hù)測(cè)試樁“)5測(cè)試樁通過(guò)測(cè)試電纜與接地極的連接點(diǎn)6參比電極
具體實(shí)施方式
如本文所用，術(shù)語(yǔ)“超高壓直流輸電線路”指士600kV及以上的直流輸電線路，例如 士600kV、士800kV、士 IOOOkV 直流輸電線路?，F(xiàn)參見(jiàn)圖1，在本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選例中，超高壓直流輸電線路接地極保護(hù)裝置包括接地極1、犧牲陽(yáng)極2、陽(yáng)極與接地極的連接點(diǎn)3、測(cè)試樁4 (或稱(chēng)為“接地極保護(hù)測(cè)試樁“)、測(cè)試樁通過(guò)測(cè)試電纜與接地極的連接點(diǎn)5、參比電極6。為了便于理解本實(shí)用新型，本發(fā)明人結(jié)合機(jī)理進(jìn)行描述。然而，應(yīng)理解，本實(shí)用新型并不受該機(jī)理的限制。在本實(shí)用新型中，所述的犧牲陽(yáng)極的材料是與接地極相比，擁有更低的電阻、更低負(fù)電位或更高氧化活性的材料。當(dāng)有雜散電流通過(guò)接地極的時(shí)候，由于犧牲陽(yáng)極的電阻更加低，電流會(huì)通過(guò)犧牲陽(yáng)極進(jìn)入大地，而不是通過(guò)接地極，從而不會(huì)有電流通過(guò)接地極，也不會(huì)形成電荷的定向移動(dòng)，因而不會(huì)有電子產(chǎn)生，從而做到接地不被腐蝕。當(dāng)有雜散電流通過(guò)接地極的時(shí)候，由于犧牲陽(yáng)極的材料較之接地極的材料具有更低負(fù)電位或更高氧化活性，依靠電位比較負(fù)的犧牲陽(yáng)極不斷地自我腐蝕溶解所來(lái)保護(hù)接地極。在一優(yōu)選例中，接地極(陰極)的材料包括(但并不限于)鋼筋、不銹鋼、鐵合金、 或其組合。在一優(yōu)選例中，犧牲陽(yáng)極的材料是與接地極相比，擁有更低的電阻、更低負(fù)電位或更高氧化活性的材料，其中包括(但并不限于)鋅、鋅合金、或其組合。在本實(shí)用新型的一個(gè)特點(diǎn)是具有犧牲陽(yáng)極。如圖1所示，所述的犧牲陽(yáng)極2(或稱(chēng)為犧牲陽(yáng)極裝置)通過(guò)陽(yáng)極連接點(diǎn)3連接在接地極1之上。所述的犧牲裝置具有四項(xiàng)主要功能1.當(dāng)有雜散電流通過(guò)接地極1時(shí)，由于犧牲陽(yáng)極裝置2的存在，會(huì)使得雜散電流會(huì)由犧牲陽(yáng)極裝置2進(jìn)入大地。所述的犧牲陽(yáng)極裝置2所使用的材料較之接地極1所使用的材料擁有更低的電阻。這樣當(dāng)有雜散電流通過(guò)接地極1時(shí)，電流會(huì)由犧牲陽(yáng)極裝置進(jìn)入大地，而不是通過(guò)接地極1和接地網(wǎng)進(jìn)入大地，這樣就可以有效地避免雜散電流對(duì)接地極和接地網(wǎng)的腐蝕。2.當(dāng)沒(méi)有雜散電流時(shí)，犧牲陽(yáng)極裝置2具有陰極保護(hù)功能，可對(duì)接地極1和接地網(wǎng)進(jìn)行陰極保護(hù)，以延長(zhǎng)其使用壽命。所述的犧牲陽(yáng)極裝置1是使用了一種電位比接地極 1中的鋼筋還要負(fù)的材料。所述的犧牲陽(yáng)極裝置1運(yùn)用陽(yáng)極連接點(diǎn)3與接地極陰級(jí)連接在一起，依靠電位比較負(fù)的犧牲陽(yáng)極裝置來(lái)不斷地自我腐蝕溶解來(lái)保護(hù)接地極。3.由于犧牲陽(yáng)極裝置2連接在接地極1之上，對(duì)接地極1進(jìn)行了保護(hù)，在有雜散電流時(shí)，可以通過(guò)犧牲陽(yáng)極裝置1來(lái)講電流流入大地，不需要加大接地裝置的接地極的截面， 從而大大地消減工程投資。4.所述的犧牲陽(yáng)極裝置1，在被消耗殆盡之后是可以替換的，從而可以持續(xù)地提供保護(hù)作用。在本實(shí)用新型的另一特點(diǎn)是具有一個(gè)接地極保護(hù)測(cè)試樁4。所述的接地極保護(hù)測(cè)試樁4通過(guò)測(cè)試電纜連接點(diǎn)5連接在接地極1之上。在所述的接地極保護(hù)測(cè)試樁4用以測(cè)試和監(jiān)控接地極1的腐蝕情況。在所述的接地極保護(hù)測(cè)試樁4之內(nèi)或之外可設(shè)置一個(gè)參比電極6，所述的參比電極的作用是為了在測(cè)量時(shí)給到一個(gè)基準(zhǔn)電位。所述的接地極保護(hù)測(cè)試樁4還可具有一個(gè)測(cè)試裝置(或測(cè)量點(diǎn))，所述的測(cè)試裝置 (測(cè)量點(diǎn))可以外接普通的測(cè)試儀器。例如，在所述的接地極保護(hù)測(cè)試樁4內(nèi)用一段金屬導(dǎo)體作為測(cè)量點(diǎn)，可以通過(guò)外加測(cè)試儀器，來(lái)測(cè)得接地極保護(hù)測(cè)試樁4內(nèi)的保護(hù)電位值，從而反映出接地極1是否被腐蝕了，或者是被腐蝕的程度，從而有效監(jiān)控接地極的腐蝕情況。本實(shí)用新型的超高壓直流輸電線路接地極保護(hù)裝置的主要優(yōu)點(diǎn)包括(a)接地極的抗腐蝕性能強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)；(b)接地極保護(hù)裝置成本低廉；(c)可監(jiān)控接地裝置腐蝕程度的直流輸電的接地裝置；(d)特別適用于超高壓直流輸電線路或工程，尤其是士800kV、士 IOOOkV直流輸電線路或工程。下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡釋了本實(shí)用新型。應(yīng)理解。這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本實(shí)用新型而不用來(lái)限制本實(shí)施新型的范圍。實(shí)施例1士 SOOkV超高壓直流輸電線路接地極保護(hù)裝置試驗(yàn)組中將圖1所示的超高壓直流輸電線路接地極保護(hù)裝置，用作士SOOkV超高壓直流輸電線路的接地端。其中，接地極1采用的材料是鋼筋，而犧牲陽(yáng)極裝置2所采用的材料是鋅。鋅能對(duì)鋼筋進(jìn)行保護(hù)。所述的使用鋅的犧牲陽(yáng)極裝置2在有雜散電流時(shí)，由于電阻低，是電流從犧牲陽(yáng)極裝置2例如大地。在沒(méi)有雜散電流時(shí)，所述的使用鋅的犧牲陽(yáng)極裝置2對(duì)接地極鋼筋進(jìn)行陰極保護(hù)。接地極保護(hù)測(cè)試樁4置于所測(cè)量的接地極1的地面之上。接地極所采用的形狀為圓形。所述的直流輸電線路接地極和所述的犧牲陽(yáng)極位于地面以下，且兩者距離為10米。對(duì)照組是只有接地極的接地裝置(圖1中的接地極1)，同樣運(yùn)用于士SOOkV超高壓直流輸電線路的接地端，接地極的形狀與橫截面積與上述的接地極相同，且埋于同一深度。使用了半年后，挖掘露出對(duì)照組和試驗(yàn)組的接地極，并測(cè)量接地極材料的直徑計(jì)算腐蝕程度，結(jié)果表明，試驗(yàn)組接地極的腐蝕狀況遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于對(duì)照組(< 20% )。實(shí)施例2超高壓直流輸電線路接地極保護(hù)裝置同實(shí)施例1，不同點(diǎn)在于，試驗(yàn)組的接地極所采用的形狀為橢圓形，并且在另一優(yōu)選例中，所述的直流輸電線路接地極和犧牲陽(yáng)極兩者距離為15米。使用了 8個(gè)月后，挖掘露出對(duì)照組和試驗(yàn)組的接地極，并測(cè)量接地極材料的直徑計(jì)算腐蝕程度，結(jié)果表明，試驗(yàn)組接地極的腐蝕狀況遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于對(duì)照組。在本實(shí)用新型提及的所有文獻(xiàn)都在本申請(qǐng)中引用作為參考，就如同每一篇文獻(xiàn)被單獨(dú)引用作為參考那樣。此外應(yīng)理解，在閱讀了本實(shí)用新型的上述講授內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。
權(quán)利要求1.一種超高壓直流輸電線路接地極保護(hù)裝置，其特征在于，所述的裝置包括直流輸電線路接地極；犧牲陽(yáng)極，所述的犧牲陽(yáng)極與所述的直流輸電線路接地極電氣連接；以及測(cè)試樁，所述的測(cè)試樁設(shè)有與所述的直流輸電線路接地極電氣連接的第一測(cè)量電極。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的裝置還包括參比電極，并且所述的測(cè)試樁設(shè)有與所述的參比電極電氣連接的第二測(cè)量電極。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的參比電極位于測(cè)試樁內(nèi)部。
4.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述的第一測(cè)量電極和第二測(cè)量電極位于所述的測(cè)試樁高于地面的部分。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的接地極的形狀為圓環(huán)、橢圓形、長(zhǎng)方形、方形、直線形或其組合。
6.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述的裝置還包括一測(cè)量裝置，所述的測(cè)量裝置與所述的第一測(cè)量電極和第二測(cè)量電極相連，從而測(cè)量接地極與參比電極的電位差。
7.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述的直流輸電線路接地極是士500kV、 士800kV、士 IOOOkV直流輸電線路的接地極。
8.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述的直流輸電線路接地極和所述的犧牲陽(yáng)極位于地面以下，且兩者距離小于200米。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述的測(cè)試樁具有一個(gè)測(cè)量口，所述的測(cè)量口中設(shè)有用于測(cè)量電位差的所述的第一測(cè)量電極和第二測(cè)量電極。
10.一種超高壓直流輸電線路結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的輸電線路結(jié)構(gòu)包括直流輸電線路以及權(quán)利要求1所述的超高壓直流輸電線路接地極保護(hù)裝置。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型提供了一種超高壓直流輸電線路接地極保護(hù)裝置。本實(shí)用新型的±800kV接地極保護(hù)裝置包括直流輸電線路接地極；犧牲陽(yáng)極，所述的犧牲陽(yáng)極與所述的直流輸電線路接地極電氣連接；以及測(cè)試樁，所述的測(cè)試樁設(shè)有與所述的直流輸電線路接地極電氣連接的第一測(cè)量電極。本實(shí)用新型的接地極保護(hù)裝置具有抗腐蝕性能強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)、成本低廉、且可監(jiān)控腐蝕程度等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01R4/66GK202259724SQ20112030482
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月19日
發(fā)明者何華林, 吳建生, 岳芳, 張芳杰, 楊林, 林曉光, 王子瑾, 薛春林, 鄭逸群, 錢(qián)廣忠, 閻海 申請(qǐng)人:中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)華東電力設(shè)計(jì)院, 中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)西北電力設(shè)計(jì)院, 成都桑萊特科技股份有限公司