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摘要： 近年来，随着超高压直流输电技术的迅速发展，我国早已走进了高压直流输电行列，高压直流接地极系统在我国的高压直流输电工程中已得到了广泛应用，但接地极施工，特别是极环施工由于地质复杂，地下水丰富，易坍塌，造成施工难度大，现以糯扎渡电站送电广东±800kV直流输电工程江门换流站接地极为例，对极环施工中存在的具体问题进行分析。
关键词： 高压直流输电；接地极；极环施工
1、高压直流接地极系统
在高压直流输电系统中，为实现正常运行或发生故障时以大地或者海水作为电流回路运行而专门设计和建造的一组装置，称为高压直流接地极系统。典型双极直流输电线路运行时，两极大地回路地中电流相反，地中几乎没有电流，此时大地起备用导线的作用。因此利用大地作为廉价和底损耗回流回路是经济有效的。现有的高压直流远距离输电工程无一例外地以大地回路作为运行方式之一，直流接地极在国内外得到了广泛应用。它主要由接地极线路、接地极馈电电缆和接地极组成。
2、接地极技术要求
直流接地极根据直流输电系统整体的要求应考虑最大短时工作电流、最大连续电流和持续额定工作电流；考虑地下水位、大地电阻、土壤热传导系统、土壤热容率等大地参数；通常要求接地极埋设在地下水位以下，以保证接地极周围有足够的水分。由于运行条件的不一致，同一系统的两个接地极的运行时间不可能完全一致，其腐蚀性的程度及材料的损耗是不同的。
陆地接地极若采用铁棒阳极直接埋入土壤，当铁棒阳极通过电流1000A时，铁棒年损耗达126吨。如果铁棒不直接与土壤接触，且周围填满含流量很低的碎焦炭，那么电极与焦炭的导电大多数通过电子，而不是通过离子来完成。在这种情形下极棒损耗便降低很多，约为原来的15%-0.05%。其腐蚀情况与焦炭的湿度有关，而且在施工过程中，应严格遵照设计施工要求和规程规定，所使用的馈电材料和活性填充材料焦炭都应达到设计要求标准；焊接過程中应将连接处焊缝满焊，且焊面应高于馈电体；回填过程中应将焦炭和回填土夯实等，都有助于减小接地极材料的腐蚀率，延长接地极寿命。
陆地接地极应放置在土壤电阻率低的空地上，接地极埋设处的地面应该平坦，应距离其它金属结构尽量远。尤其接地极不能靠近直流线路本身的换流站。因为靠近换流站有使站内接地网腐蚀和变压器饱和的危险，一般接地极离换流站8-50km。
3、江门换流站接地极的施工
糯扎渡电站送电广东±800kV直流输电工程江门换流站接地极的极址位于广东省新兴县天堂镇，距离江门换流站约为80km。本工程为在距离原±500kV 高肇直流接地极极环中心约1km 处新建一直径为560m 的水平圆环接地极与原接地极并联形成共用接地极系统。新建单圆环接地极总长1760m，平均埋深4m，电极置于焦炭床中央，焦炭截面尺寸为0.8m×0.8m。接地极极环铺设馈电棒约1900m，回填碳粉1400吨，制作电缆沟约1200m，电缆敷设4950m，中心构架12吨，接地极及电缆沟基坑开挖土方量共59300m3。
由于接地极极环施工地段地质条件复杂，坍塌、滑坡较为严重，致使开挖时，碳槽底部粉质粘土被水浸泡后形成泥潭，且边坡多处渗水，泥潭深度达1米，导致碳粉、钢棒无法敷设。经现场设计工代确认，地质情况基本分为四层，分别为：第一层，人工素填土；第二层，冲击成因粉质粘土；第三层，冲击成因的卵石；第四层，残积成因的砂质粘性土。
由此地址原因带来了以下主要困难和影响：
第一，需开挖的极环地质大部分主要由砂质粘性土、流沙泥土、卵石块组成，容易造成边坡土体坍塌；
第二，边坡土体坍塌及地下水的影响，致使开挖碳槽地面容易形成淤泥流沙泥潭，泥潭深度达0.7～1m；并且两坡边土体会不定时的大面积坍塌，造成施工人员无法继续施工或者施工受阻。
由于以上问题的存在，原本按设计要求开挖开口宽度8米，底部开挖宽度1米，但是由于土体边坡坍塌较严重，按设计要求1：1放坡，无法满足施工条件。基于此，将开口开挖宽度增加至10～13m，底部宽度增加至2～3m，但仍然无法继续施工，土体坍塌还是较严重，淤泥流沙泥潭深度也还是较深，严重影响工程施工进度。
4、复杂地质条件下接地极极环的施工方法
结合现场实际情况，为保证工程施工能顺利推进，保证接地极极环开挖和敷设的质量，按原计划工期完成施工。经设计、运行及施工等相关单位共同研究和探讨，提出采用预埋钢板槽模板的施工方法。即用预埋钢板槽阻隔正开挖边坡，在开挖的同时将钢板槽埋入极环沟中，形成钢板槽接地沟，阻隔流砂或烂泥对施工造成的困难，顺利完成馈电棒的敷设。采用预埋式钢板槽的原由和优点：
1）馈电棒的敷设完全满足设计要求。碳床与馈电钢棒结合紧密，一是增加电极的表面积，降低电极表面的电流密度，从而降低温升及其上升速度，避免电渗透现象发生；二是保护馈电棒，使之不受或是少受电腐蚀。因此，电极焦炭的截面尺寸应满足上述的要求，能保证泥土下陷后馈电钢棒离碳床底不低于40cm的设计要求；
2）回填碳粉量能满足设计要求，不存在因碳粉流失造成的碳粉浪费。在馈电体周围填充焦炭，可有效扩大馈电体的散流面积，减小接地电阻；同时由于焦炭包敷使电极的导电形式发生了变化，电极的损耗率比无焦炭减小了很多，降低了馈电体的腐蚀速率，提高了接地极使用寿命，还能改善接地极发热特性。石油焦炭是唯一成功应用于陆地接地极的活性填充材料。如不采用预埋式钢板槽，泥土会下陷，碳粉的回填量也不能满足设计要求；
3）减少极环沟两边因土方坍塌造成的安全隐患；
4）可以加快施工进度，缩短基坑回填时间，在计划时间内完成工程施工。
5、预埋式钢板槽技术参数的选择
1）钢板槽材料选择：由于碳钢本身可作为馈电材料，所以选择碳钢作为钢板槽的材料 ，碳钢分为低碳钢（含碳量为<0.25%）、中碳钢（含碳量为0.25%～0.6%）和高碳钢（含碳量>0.6%）三种。碳钢含碳量低，抗电解腐蚀性能较强，低碳钢广泛用作水平布置的接地极材料，所以选择低碳钢作为钢板槽材料。
2）钢板槽的设计及规格选择：2mm×1.25m×2.4m，设计示意图如下图所示：
3）钢板槽标准化机械加工尺寸如下：
材料为低碳钢，加工方式为将厚度2mm，宽为2.4m，长为1.25米的钢板折叠成长为1.25m，宽和高都是800mm钢板槽，具体见如下图。
6、确认效果
接地极极环复杂地质条件施工困难的情况下，预埋式钢板槽的使用让施工得以顺利进行，由于钢板本身导电性能大于泥土，所以不会降低导电性。同时，因为我公司在接地极极环施工采用了预埋式钢板槽的施工方法，不仅给工程增加了亮点，提高了施工效益方面，保证了工程施工的质量和安全，而且确保了施工进度，缩减施工工期。江门换流站接地极极址工程是整个"两渡"工程中首个提前工期完成的极址项目，得到了南方电网超高压公司的嘉奖。
实施效果图如下：
参考文献
【1】高压直流接地极技术导则 DL 437-91，1991
【2】喻新强.2003年以来国家电网公司直流输电系统运行情况总结
【3】电网技术，2005年，29（20）：41.46
关键词： 高压直流输电；接地极；极环施工
1、高压直流接地极系统
在高压直流输电系统中，为实现正常运行或发生故障时以大地或者海水作为电流回路运行而专门设计和建造的一组装置，称为高压直流接地极系统。典型双极直流输电线路运行时，两极大地回路地中电流相反，地中几乎没有电流，此时大地起备用导线的作用。因此利用大地作为廉价和底损耗回流回路是经济有效的。现有的高压直流远距离输电工程无一例外地以大地回路作为运行方式之一，直流接地极在国内外得到了广泛应用。它主要由接地极线路、接地极馈电电缆和接地极组成。
2、接地极技术要求
直流接地极根据直流输电系统整体的要求应考虑最大短时工作电流、最大连续电流和持续额定工作电流；考虑地下水位、大地电阻、土壤热传导系统、土壤热容率等大地参数；通常要求接地极埋设在地下水位以下，以保证接地极周围有足够的水分。由于运行条件的不一致，同一系统的两个接地极的运行时间不可能完全一致，其腐蚀性的程度及材料的损耗是不同的。
陆地接地极若采用铁棒阳极直接埋入土壤，当铁棒阳极通过电流1000A时，铁棒年损耗达126吨。如果铁棒不直接与土壤接触，且周围填满含流量很低的碎焦炭，那么电极与焦炭的导电大多数通过电子，而不是通过离子来完成。在这种情形下极棒损耗便降低很多，约为原来的15%-0.05%。其腐蚀情况与焦炭的湿度有关，而且在施工过程中，应严格遵照设计施工要求和规程规定，所使用的馈电材料和活性填充材料焦炭都应达到设计要求标准；焊接過程中应将连接处焊缝满焊，且焊面应高于馈电体；回填过程中应将焦炭和回填土夯实等，都有助于减小接地极材料的腐蚀率，延长接地极寿命。
陆地接地极应放置在土壤电阻率低的空地上，接地极埋设处的地面应该平坦，应距离其它金属结构尽量远。尤其接地极不能靠近直流线路本身的换流站。因为靠近换流站有使站内接地网腐蚀和变压器饱和的危险，一般接地极离换流站8-50km。
3、江门换流站接地极的施工
糯扎渡电站送电广东±800kV直流输电工程江门换流站接地极的极址位于广东省新兴县天堂镇，距离江门换流站约为80km。本工程为在距离原±500kV 高肇直流接地极极环中心约1km 处新建一直径为560m 的水平圆环接地极与原接地极并联形成共用接地极系统。新建单圆环接地极总长1760m，平均埋深4m，电极置于焦炭床中央，焦炭截面尺寸为0.8m×0.8m。接地极极环铺设馈电棒约1900m，回填碳粉1400吨，制作电缆沟约1200m，电缆敷设4950m，中心构架12吨，接地极及电缆沟基坑开挖土方量共59300m3。
由于接地极极环施工地段地质条件复杂，坍塌、滑坡较为严重，致使开挖时，碳槽底部粉质粘土被水浸泡后形成泥潭，且边坡多处渗水，泥潭深度达1米，导致碳粉、钢棒无法敷设。经现场设计工代确认，地质情况基本分为四层，分别为：第一层，人工素填土；第二层，冲击成因粉质粘土；第三层，冲击成因的卵石；第四层，残积成因的砂质粘性土。
由此地址原因带来了以下主要困难和影响：
第一，需开挖的极环地质大部分主要由砂质粘性土、流沙泥土、卵石块组成，容易造成边坡土体坍塌；
第二，边坡土体坍塌及地下水的影响，致使开挖碳槽地面容易形成淤泥流沙泥潭，泥潭深度达0.7～1m；并且两坡边土体会不定时的大面积坍塌，造成施工人员无法继续施工或者施工受阻。
由于以上问题的存在，原本按设计要求开挖开口宽度8米，底部开挖宽度1米，但是由于土体边坡坍塌较严重，按设计要求1：1放坡，无法满足施工条件。基于此，将开口开挖宽度增加至10～13m，底部宽度增加至2～3m，但仍然无法继续施工，土体坍塌还是较严重，淤泥流沙泥潭深度也还是较深，严重影响工程施工进度。
4、复杂地质条件下接地极极环的施工方法
结合现场实际情况，为保证工程施工能顺利推进，保证接地极极环开挖和敷设的质量，按原计划工期完成施工。经设计、运行及施工等相关单位共同研究和探讨，提出采用预埋钢板槽模板的施工方法。即用预埋钢板槽阻隔正开挖边坡，在开挖的同时将钢板槽埋入极环沟中，形成钢板槽接地沟，阻隔流砂或烂泥对施工造成的困难，顺利完成馈电棒的敷设。采用预埋式钢板槽的原由和优点：
1）馈电棒的敷设完全满足设计要求。碳床与馈电钢棒结合紧密，一是增加电极的表面积，降低电极表面的电流密度，从而降低温升及其上升速度，避免电渗透现象发生；二是保护馈电棒，使之不受或是少受电腐蚀。因此，电极焦炭的截面尺寸应满足上述的要求，能保证泥土下陷后馈电钢棒离碳床底不低于40cm的设计要求；
2）回填碳粉量能满足设计要求，不存在因碳粉流失造成的碳粉浪费。在馈电体周围填充焦炭，可有效扩大馈电体的散流面积，减小接地电阻；同时由于焦炭包敷使电极的导电形式发生了变化，电极的损耗率比无焦炭减小了很多，降低了馈电体的腐蚀速率，提高了接地极使用寿命，还能改善接地极发热特性。石油焦炭是唯一成功应用于陆地接地极的活性填充材料。如不采用预埋式钢板槽，泥土会下陷，碳粉的回填量也不能满足设计要求；
3）减少极环沟两边因土方坍塌造成的安全隐患；
4）可以加快施工进度，缩短基坑回填时间，在计划时间内完成工程施工。
5、预埋式钢板槽技术参数的选择
1）钢板槽材料选择：由于碳钢本身可作为馈电材料，所以选择碳钢作为钢板槽的材料 ，碳钢分为低碳钢（含碳量为<0.25%）、中碳钢（含碳量为0.25%～0.6%）和高碳钢（含碳量>0.6%）三种。碳钢含碳量低，抗电解腐蚀性能较强，低碳钢广泛用作水平布置的接地极材料，所以选择低碳钢作为钢板槽材料。
2）钢板槽的设计及规格选择：2mm×1.25m×2.4m，设计示意图如下图所示：
3）钢板槽标准化机械加工尺寸如下：
材料为低碳钢，加工方式为将厚度2mm，宽为2.4m，长为1.25米的钢板折叠成长为1.25m，宽和高都是800mm钢板槽，具体见如下图。
6、确认效果
接地极极环复杂地质条件施工困难的情况下，预埋式钢板槽的使用让施工得以顺利进行，由于钢板本身导电性能大于泥土，所以不会降低导电性。同时，因为我公司在接地极极环施工采用了预埋式钢板槽的施工方法，不仅给工程增加了亮点，提高了施工效益方面，保证了工程施工的质量和安全，而且确保了施工进度，缩减施工工期。江门换流站接地极极址工程是整个"两渡"工程中首个提前工期完成的极址项目，得到了南方电网超高压公司的嘉奖。
实施效果图如下：
参考文献
【1】高压直流接地极技术导则 DL 437-91，1991
【2】喻新强.2003年以来国家电网公司直流输电系统运行情况总结
【3】电网技术，2005年，29（20）：41.46