接地極是直流輸電系統(tǒng)中一個重要組成部分.接地極的焊接分為接地極鋼棒對接和接地極饋電電纜與
        2種.前者可采用電焊,也可采用放熱焊接,但均需保證焊接點的電氣性能和抗腐蝕性;后者建議采用
        直流輸電接地極焊接設(shè)計
        中圈分類號二TM721.1文獻標識碼:B文章編號: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
        接地極是直流輸電系統(tǒng)中一個重要組成部分.在直流輸電系統(tǒng)以單極大地回路運行方式運行時,接地極是作為直流工作電流的返回通道傳輸電能;在系統(tǒng)雙極運行時,接地極起著嵌制換流站換流閥中性點電位的作用,保護了換流站換流設(shè)備的安全運行.這里所要介紹的是接地極設(shè)計中需特別關(guān)注的內(nèi)容之一:接地極的焊接.
        1接地極的焊接種類
        因多方面的因素,目前國內(nèi)接地極的設(shè)計基本上采用水平淺埋式接地極形式,且接地材料均為鋼棒.以即將開工的三峽至常州土500 kV輸電線路送端龍泉換流站接地極為例:該接地極設(shè)計為一半徑360 m的圓環(huán),圓環(huán)周長為2 262 m,需敷設(shè)2 262 m直徑為65 mm的鋼棒,按國內(nèi)生產(chǎn)及運輸條件,一般每根鋼棒長度為6 m,要組裝成如此長圓環(huán),整個接地極焊接接頭多達376個.因此,接地極鋼棒對接是接地極焊接重要內(nèi)容之一.
        接地極還有另一類重要焊接-接地極的饋電系統(tǒng)(電纜)與鋼棒的連接.該種連接涉及到不同材料間的焊接,即銅與鋼的焊接.
        2接地極焊接要求
        目前,對直流接地極的焊接要求尚無規(guī)范可循.根據(jù)接地極的運行特點,焊接點除有一般強度要求外,側(cè)重點在其電氣性能和抗腐蝕性.電氣性能表現(xiàn)在接頭的接觸電阻應與鋼棒原材料相近為佳,一般要求不大于原材料同等長度(150一180 mitt)的10%(注:參照以往工程驗收標準).而接頭耐腐蝕性能應等同或優(yōu)于鋼棒,這樣才能保證接地極鋼棒接頭(包括饋電電纜)能長期承受正常設(shè)計人地電流,保證接地極的安全運行.
        3接地極焊接方法
        3.1鋼棒接續(xù)
        3.1.1常規(guī)焊接
        常規(guī)焊接也就是我們通常所說的電弧焊,士500kV葛上直流及天廣直流均采用此種焊接方式.焊接時先將鋼棒坡口,可為錐形坡口或斜坡形坡口(如圖1),然后再對接.
        一般情況下,接地極鋼棒埋人地下2.5一3 m深,除部分鋼棒可在地面焊接外,接地極鋼棒的地下,焊接還須挖掘一定數(shù)量的焊接工作坑.據(jù)現(xiàn)場測試,1根拓5 mm鋼棒對接約需消耗30根焊條,必要時焊點還需低溫消應力處理,可見焊接工作量之大.為保證焊接點的性能,必須具有一定資格的焊工方可操作.
        3.1.2放熱焊接
        放熱焊接也稱為鋁熱焊,其歷史久遠.放熱焊若是以氧化鐵為主基材,其鐵基放熱反應過程為:
        3FeO+2A1-3Fe+A1203+熱量(2 500℃)
        放熱焊接方法如下:
        (1)模具包括:1個增竭來盛裝反應材料;;1個焊接模槽來盛裝焊接物體;;1個漏孔用于連接鉗渦與焊接模槽.
        (2)反應過程在柑塌中進行,金屬盤把增渦與漏孔隔開,該金屬盤熔解后,其熔解的焊接金屬流經(jīng)漏孔,注人焊接模槽.
        (3)已熔化的焊接金屬把焊接物體的末端熔化并立即凝固,完成焊接.
        放熱焊接操作過程簡單方便,勿須開挖操作坑,鋼棒勿須坡口,但廠家須針對施工接頭提供準確焊藥量,并經(jīng)焊接試驗,制定好操作流程,確保焊接質(zhì)量.
        3.2電纜與鋼棒連接
        3.2.1常規(guī)焊接
        電纜為銅芯,焊接時須采用釬劑作為助焊材料.常規(guī)銅焊接方式歷史悠久,屬一種傳統(tǒng)的焊接方式,使用的釬料在被焊物體表面有很好的鋪展性和填縫性,有很高的釬透率.早先設(shè)計的接地極饋電電纜與鋼棒的連接常采用這種方式,連接方式見圖20常規(guī)銅焊有著成熟的應用經(jīng)驗,但接地極饋電電纜為多股銅線絞合而成,電纜與鋼棒間焊接難以焊透.由于采用助焊材料,殘渣清除也困難,對接頭的防腐性能及電氣性能有著潛在的隱患.
        3.2.2放熱焊接
        本放熱焊接也屬鋁熱焊,與上述鋼棒對接不同的是,銅鋼連接時放熱焊所用主基材是氧化銅,其銅基放熱反應過程為:
        3 Cue 0+2A1-6Cu+A1203+熱量(2 537℃)因饋電電纜與鋼棒連接屬非常薄弱環(huán)節(jié),為避免腐蝕對接頭產(chǎn)生的不良影響,新近設(shè)計的接地極饋電電纜與鋼棒的連接點由地下改為地上,連接方式見圖30
        鋼棒
        圖3電纜與饋電棒的放熱焊接
        饋電電纜
        4結(jié)論
        接地極鋼棒對接可采用電焊,也可采用放熱焊.電焊勞動強度大,速度慢,且需開挖一定量的操作坑;放熱焊簡便易行.施工無論采用電焊還是放熱焊接,均需控制焊接點的接觸電阻(接觸電阻與焊條選擇,放熱焊配料有關(guān)).
        接地極饋電電纜與鋼棒間連接建議采用放熱焊接,放熱焊接焊點接觸緊密,接點不易受腐蝕性產(chǎn)物的影響,不易老化松脫.另外,為使接頭更加安全可靠,饋電電纜與鋼棒接頭最好設(shè)置在地面上,免受地下水的侵蝕影響.