接地极是直流输电系统中一个重要组成部分.接地极的焊接分为接地极钢棒对接和接地极馈电电缆与
2种.前者可采用电焊,也可采用放热焊接,但均需保证焊接点的电气性能和抗腐蚀性;后者建议采用
直流输电接地极焊接设计
中圈分类号二TM721.1文献标识码:B文章编号:100()一7229(2002)03- 0041一02
Welding Design for Horizontally Shallow Embedded DC Ground Poles
Luo Zhenping
(Middle South Electric Power Design Institute, State PowerWuhan City,430071)
Keywords] DC transmission; ground pole; welding design
接地极是直流输电系统中一个重要组成部分.在直流输电系统以单极大地回路运行方式运行时,接地极是作为直流工作电流的返回通道传输电能;在系统双极运行时,接地极起着嵌制换流站换流阀中性点电位的作用,保护了换流站换流设备的安全运行.这里所要介绍的是接地极设计中需特别关注的内容之一:接地极的焊接.
1接地极的焊接种类
因多方面的因素,目前国内接地极的设计基本上采用水平浅埋式接地极形式,且接地材料均为钢棒.以即将开工的三峡至常州土500 kV输电线路送端龙泉换流站接地极为例:该接地极设计为一半径360 m的圆环,圆环周长为2 262 m,需敷设2 262 m直径为65 mm的钢棒,按国内生产及运输条件,一般每根钢棒长度为6 m,要组装成如此长圆环,整个接地极焊接接头多达376个.因此,接地极钢棒对接是接地极焊接重要内容之一.
接地极还有另一类重要焊接-接地极的馈电系统(电缆)与钢棒的连接.该种连接涉及到不同材料间的焊接,即铜与钢的焊接.
2接地极焊接要求
目前,对直流接地极的焊接要求尚无规范可循.根据接地极的运行特点,焊接点除有一般强度要求外,侧重点在其电气性能和抗腐蚀性.电气性能表现在接头的接触电阻应与钢棒原材料相近为佳,一般要求不大于原材料同等长度(150一180 mitt)的10%(注:参照以往工程验收标准).而接头耐腐蚀性能应等同或优于钢棒,这样才能保证接地极钢棒接头(包括馈电电缆)能长期承受正常设计人地电流,保证接地极的安全运行.
3接地极焊接方法
3.1钢棒接续
3.1.1常规焊接
常规焊接也就是我们通常所说的电弧焊,士500kV葛上直流及天广直流均采用此种焊接方式.焊接时先将钢棒坡口,可为锥形坡口或斜坡形坡口(如图1),然后再对接.
一般情况下,接地极钢棒埋人地下2.5一3 m深,除部分钢棒可在地面焊接外,接地极钢棒的地下,焊接还须挖掘一定数量的焊接工作坑.据现场测试,1根拓5 mm钢棒对接约需消耗30根焊条,必要时焊点还需低温消应力处理,可见焊接工作量之大.为保证焊接点的性能,必须具有一定资格的焊工方可操作.
3.1.2放热焊接
放热焊接也称为铝热焊,其历史久远.放热焊若是以氧化铁为主基材,其铁基放热反应过程为:
3FeO+2A1-3Fe+A1203+热量(2 500℃)
放热焊接方法如下:
(1)模具包括:1个增竭来盛装反应材料;;1个焊接模槽来盛装焊接物体;;1个漏孔用于连接钳涡与焊接模槽.
(2)反应过程在柑塌中进行,金属盘把增涡与漏孔隔开,该金属盘熔解后,其熔解的焊接金属流经漏孔,注人焊接模槽.
(3)已熔化的焊接金属把焊接物体的末端熔化并立即凝固,完成焊接.
放热焊接操作过程简单方便,勿须开挖操作坑,钢棒勿须坡口,但厂家须针对施工接头提供准确焊药量,并经焊接试验,制定好操作流程,确保焊接质量.
3.2电缆与钢棒连接
3.2.1常规焊接
电缆为铜芯,焊接时须采用钎剂作为助焊材料.常规铜焊接方式历史悠久,属一种传统的焊接方式,使用的钎料在被焊物体表面有很好的铺展性和填缝性,有很高的钎透率.早先设计的接地极馈电电缆与钢棒的连接常采用这种方式,连接方式见图20常规铜焊有着成熟的应用经验,但接地极馈电电缆为多股铜线绞合而成,电缆与钢棒间焊接难以焊透.由于采用助焊材料,残渣清除也困难,对接头的防腐性能及电气性能有着潜在的隐患.
3.2.2放热焊接
本放热焊接也属铝热焊,与上述钢棒对接不同的是,铜钢连接时放热焊所用主基材是氧化铜,其铜基放热反应过程为:
3 Cue 0+2A1-6Cu+A1203+热量(2 537℃)因馈电电缆与钢棒连接属非常薄弱环节,为避免腐蚀对接头产生的不良影响,新近设计的接地极馈电电缆与钢棒的连接点由地下改为地上,连接方式见图30
钢棒
图3电缆与馈电棒的放热焊接
馈电电缆
4结论
接地极钢棒对接可采用电焊,也可采用放热焊.电焊劳动强度大,速度慢,且需开挖一定量的操作坑;放热焊简便易行.施工无论采用电焊还是放热焊接,均需控制焊接点的接触电阻(接触电阻与焊条选择,放热焊配料有关).
接地极馈电电缆与钢棒间连接建议采用放热焊接,放热焊接焊点接触紧密,接点不易受腐蚀性产物的影响,不易老化松脱.另外,为使接头更加安全可靠,馈电电缆与钢棒接头最好设置在地面上,免受地下水的侵蚀影响.
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