接地极以及海岸型接地结构的制作方法

1.本技术涉及高压直流输变电技术领域，特别是涉及一种接地极以及海岸型接地结构。


背景技术：

2.高压直流接地极是高压直流输电系统的重要组成部分，接地极在单极运行时能提供低电阻电流回路，使用大地或海洋作为导电介质，比专用金属回线成本更低，损耗更低。
3.相关技术中，接地极根据极址位置不同可以分为陆地接地极和海洋接地极。陆地接地极应用广泛，国内直流工程均采用陆地接地极，设计和施工经验丰富，技术较为成熟。但是陆地接地极一般占地较大，同时极址要求地形平缓、土壤电阻率低。随着城市发展，接地极选址越来越困难，同时陆地接地极存在温升高、接触电压大等问题。
4.海洋接地极是以海水作为回流导体，由于海洋面积广阔，海水电阻率低，可以解决陆地接地极选址困难、接地电阻高和温升高的问题。但由于接地极不固定，在海底水流剧烈运动时，接地极与连接电缆随之移动，导致运行可靠性低，同时维护成本高，还需要评估入地直流电流对海洋生物的影响，给环评工作造成较大困难，实施难度大。


技术实现要素：

5.基于此，有必要提供一种接地极以及海岸型接地结构，以兼具接地电阻低，施工方便以及可靠性高的优点。
6.本技术的第一方面提供一种接地极，应用于具有潮水低位线以及潮水高位线的海岸区域；接地极包括：井管；所述井管的顶端高于所述潮水高位线；接地部，设置在所述井管的底端；馈电棒，埋设在所述接地部中；且所述馈电棒低于所述潮水低位线；以及导流电缆，与所述馈电棒电性连接。
7.在其中一个实施例中，所述接地极包括穿设在所述井管内的排气管；所述排气管的一端向下延伸到所述接地部中，另一端向上延伸直至越过所述潮水高位线。
8.在其中一个实施例中，所述导流电缆的至少部分区段固定在所述排气管的外周壁并向下延伸直至与所述馈电棒连接。
9.在其中一个实施例中，所述井管的管壁上形成有多个渗透孔。
10.在其中一个实施例中，所述接地部为焦炭。
11.本技术的第二方面提供一种海岸型接地结构，包括：导流系统以及多个上述的接地极；多个所述接地极沿一字型间隔排列形成至少一列接地极组；全部所述接地极的所述导流电缆与所述导流系统电性连接。
12.在其中一个实施例中，所述导流系统设置在所述海岸区域高于所述潮水高位线的靠内一侧；所述接地极设置在所述海岸区域低于所述潮水高位线的靠外一侧。
13.在其中一个实施例中，所述海岸型接地结构包括电缆沟槽，所述电缆沟槽从所述导流系统延伸直至各个所述接地极；所述导流电缆的至少部分区段位于所述电缆沟槽中。
14.在其中一个实施例中，所述海岸型接地结构包括至少两列所述接地极组；全部所述接地极组并列设置。
15.在其中一个实施例中，一列所述接地极组中，位于端部的相邻两个所述接地极之间的间隔距离为a，位于中部的相邻两个所述接地极之间的距离为b；满足，a＜b。
16.在其中一个实施例中，所述导流系统包括电抗器、汇流母线、多个隔离开关、多个电阻、以及多个电流互感器；所述汇流母线通过所述电抗器与外部的换流站电性连接；每一个所述接地极的所述导流电缆依次串联对应的所述电流互感器、所述电阻以及所述隔离开关；多个所述隔离开关并联接入所述汇流母线。
17.有益效果是：
18.本技术的接地极以及海岸型接地结构，通过设置井管、接地部、馈电棒以及导流电缆；导流电缆向馈电棒传送外部过来的直流电，馈电棒埋设在接地部中，且低于潮水低位线，利用海岸线的地理环境，使得直流电能够通过接地部迅速转移到海水浸润的地基中，使得整个接地极具有较低的接地电阻以及较低的跨步电压；同时，由于海水具有较大的比热容，使得整个接地极对接地极址的温升降到最低，也即是温升低；而井管、接地部、馈电棒以及导流电缆与地基直接固定，依靠海水浸润地基实现导电，不会受到海底水流剧烈运动的影响，整体结构的实施难度较低、可靠性较高；且由于是在海岸边，不仅能有效地利用海水作为回流导体，又无需频繁地驶入远海进行维护，能有效地降低了维护成本。
附图说明
19.图1为本技术一实施例的海岸型接地结构的平面图。
20.图2为本技术另一实施例的海岸型接地结构的平面图。
21.图3为本技术一实施例的接地极的结构示意图。
22.图4为图1的c-c剖视图。
23.图5为本技术实施例的导流系统与接地极的电路关系示意图。
具体实施方式
24.下面将结合附图对本技术技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本技术的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本技术的保护范围。
25.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术；本技术的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
26.在本技术实施例的描述中，若有出现这些技术术语“第一”“第二”等，这些术语仅用于描述目的，区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。
27.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和
隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
28.在本技术实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
29.在本技术实施例的描述中，若有出现术语“多个”，“多个”的含义是至少两个(包括两个)，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。同理，若有出现术语“多组”，“多组”指的是两组以上(包括两组)，若有出现术语“多片”，“多片”指的是两片以上(包括两片)。
30.在本技术实施例的描述中，若有出现这些术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”等，这些术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术实施例的限制。
31.在本技术实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，若有出现技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等，这些术语应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术实施例中的具体含义。
32.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，若有出现第一特征在第二特征“上”或“下”等类似的描述，其含义可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
33.需要说明的是，若元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。若一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。如若存在，本技术所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
34.本技术的第一方面提供一种接地极100，应用于具有潮水低位线91以及潮水高位线92的海岸区域。其中，潮水低位线91是指海水在海岸上退落的最低线界；潮水高位线92是指海水在海岸上涨潮的最高线界；海岸区域的地平线93通常高于潮水高位线92，在一段海岸区域中，地平线93靠近海洋一侧的狭长区域可以视为狭长海岸线，本技术实施例中的接地极100可依据狭长海岸线的形状进行一字型排布设置。
35.参阅图1至图5所示，接地极100包括井管10、接地部20、馈电棒30以及导流电缆40。
36.其中，井管10为顶端开口，底端封闭的空心管体，通常可采用混凝土结构浇筑形成，以确保结构强度。井管10可沿竖直方向竖立设置在狭长海岸线上，且井管10的下半部分埋设到地基以下；井管10的顶端应当高于潮水高位线92，也即是说，井管10的顶端的水平高度应当高于潮水高位线92的水平高度。
37.井管10可用于排开四周地基的砂土，以提供足够的空间供接地部20埋设，接地部
20设置在井管10的底端；通常，接地部20的深度应当低于潮水低位线91的水平高度，以使得整个接地部20能够被海水浸泡，从而实现良好的电导，有效降低接地电阻。
38.馈电棒30埋设在接地部20中；且馈电棒30低于潮水低位线91。馈电棒30的埋深根据海岸地形情况和水位线高低具体设计，但应保证馈电棒30始终位于潮水低位线91以下，也即是说，馈电棒30的顶端的水平高度应当低于潮水低位线91的水平高度。如此，有利于利用浸润在土壤中的海水控制接地电阻和温升。
39.导流电缆40与馈电棒30电性连接。馈电棒30可采用高硅铬铁，其长度可根据电流密度等进行计算，也可以根据实际需要进行设计。举例来说，馈电棒30可为直径50mm、总长度1.5m。
40.通过导流电缆40向馈电棒30传送外部过来的直流电，馈电棒30埋设在接地部20中，且低于潮水低位线91，利用海岸线的地理环境，使得直流电能够通过接地部20迅速转移到海水浸润的地基中，海水具有良好的导电性，使得被海水浸润的土壤电阻率较低，因此可以使得整个接地极100具有较低的接地电阻以及较低的跨步电压；同时，由于海水具有较大的比热容，使得整个接地极100对接地极址的温升降到最低，也即是温升低；如此，可使得相关技术中设计陆地接地极的几个限制因素迎刃而解；同时，由于接地极100依然是设置在陆基上，其井管10、接地部20、馈电棒30以及导流电缆40与地基直接固定，依靠海水浸润地基实现导电，因此，避免了接地极100对海洋生物影响的研究，节省环评成本以及流程；此外，接地极100不会受到海底水流剧烈运动的影响，整体结构的实施难度较低、可靠性较高；且由于是在海岸边，不仅能有效地利用海水作为回流导体，又无需频繁地驶入远海进行维护，能有效地降低了维护成本。
41.可选地，井管10的管壁上形成有多个渗透孔11，以方便井管10内外的海水进行交换，保证接地极100的散热良好。
42.在一些实施例中，参阅图3和图4所示；接地极100包括穿设在井管10内的排气管50；排气管50的一端向下延伸到接地部20中，另一端向上延伸直至越过潮水高位线92。
43.海水中各种元素较多，接地极100的馈电棒30通过接地部20向海水浸润的地基中输入直流电；电流通过海水中会产生氯气和氧气，通过设置排气管50，能够将分解地气体从接地部20向空气排出，避免影响接地极的散流性能。
44.在一些实施例中，参阅图3和图4所示，导流电缆40的一端连接到外部的导流系统200(下文提及)，另一端穿过井管10的管壁到井管10内部；并向下延伸直至连接馈电棒30；导流电缆40的至少部分区段固定在排气管50的外周壁并向下延伸直至与馈电棒30连接，如此，导流电缆40在井管10内以排气管50作为固定，防止在海水涨潮时被海水冲击或因接地极沉降拉扯电缆导致接地极100出现失效，提高可靠性。
45.可选地，接地部20为焦炭。以焦炭为例，考虑到接地极100设置在海岸区域，应采用压紧的方式进行填埋，一方面提高焦炭结构强度，方便与馈电棒30、排气管50固定连接；一方面可适当提高焦炭密度，减少井管10底部的接地部20持续受海水浸泡、冲刷的影响出现散乱的情况。
46.可选地，接地极100包括设置在井管10内的监控装置(未标出)，从而方便操作人员运维和监控。
47.本技术的第二方面提供一种海岸型接地结构。
48.参阅图1至图5所示，海岸型接地结构包括导流系统200以及多个上述的接地极100。其中，多个接地极100沿一字型间隔排列形成至少一列接地极组100a。
49.接地极100在海岸延伸方向上的整体布置，可根据海岸线形状、长度、宽度和潮水水位进行具体布置，如此，才可适应包括狭长型海岸线在内的各种海岸条件，从而降低对极址条件的要求。
50.具体地，可将多个接地极100沿一字型间隔排布形成子接地极组；如果海岸线本身较为笔直狭长，则一个子接地极组即可构成一列接地极组100a，接地极组100a为直线形状；如果海岸线本身形状出现弯折，结合图1所示，海岸区域的地平线93弯折延伸，则接地极组100a可由至少两个沿一字型间隔排布的子接地极组连接形成，接地极组100a本身为折线形状。
51.导流系统200设置在海岸区域高于潮水高位线92的靠内一侧，也即是图1中的潮水高位线92的靠下一侧；接地极100设置在海岸区域低于潮水高位线92的靠外一侧。也即是图1中的潮水高位线92的靠上一侧。
52.相关技术中，多个接地极需要呈圆形间隔均布在接地极址上，如此，可确保接地极之间散流均匀分布，一方面，有利于降低土壤对接地极的腐蚀，保证使用寿命，另一方面，有助于限制跨步电压，提高安全性。但这种圆形的设计方式使得接地极址在选择中需满足占地较大，地形平缓、土壤电阻率低等条件，加大了选址难度。
53.全部接地极100的导流电缆40与导流系统200电性连接。外部换流站300的直流电通过导流系统200传递到导流电缆40，再通过各个接地极100的馈电棒30向接地部20释放直流电，利用海岸线的地理环境，使得直流电能够迅速转移到海水浸润的地基中，不仅具有较低的接地电阻、较低的跨步电压、较低的温升；而且接地极100依然是设置在陆基上，因此，不会受到海底水流剧烈运动的影响，整体结构的实施难度较低、可靠性较高且维护成本低；同时，将多个接地极100沿海岸延伸方向间隔排列，减少了接地极址对占地面积的要求，此外，通过设置井管10可沿竖直方向竖立设置在狭长海岸线上，在满足馈电棒30低于潮水低位线91的基础上，多个接地极100之间也无需采用较为平整的地面进行设置；海水具有良好的导电性，海岸沿线被海水浸润的土壤的电阻率相应地也较低，能够最大化的满足接地极100的需求，因此，本技术实施例的海岸型接地结构能够有效地降低选址难度。
54.在一些实施例中，参阅图1和图2所示，一列接地极组100a中；位于接地极组100a的端部的相邻两个接地极100之间的间隔距离为a，位于接地极组100a的中部的相邻两个接地极100之间的距离为b；满足，a＜b。
55.在实际应用中发现，多个接地极100一字型间隔布置后，出现接地极100散流不均匀，也即是位于两端的接地极100电流较大，位于中间的接地极100电流较小。
56.为此，可通过设计端部的相邻两个接地极100之间的间隔距离a小于中部的相邻两个接地极100之间的距离b，使得位于端部的接地极100释放的直流电适当减小，而位于中部的接地极100释放的直流电适当增加，从而实现各个接地极100释放的直流电均等；有效的改善将多个接地极100一字型布置后回路均流情况，从而确保各区域的跨步电压和各个馈电棒30的使用寿命。
57.需要说明的是，一列接地极组100a中，相邻两个接地极100的间距与馈电棒30的长度正相关，通常两个接地极100的间距应当大于馈电棒30的长度的两倍，以馈电棒30的长度
为1.5m举例，则一列接地极组100a中，相邻两个接地极100的间距不应低于3m；同时，为了兼顾多个接地极100一字型布置后回路均流情况，可将一列接地极组100a端部的相邻两个接地极100之间的间隔距离a设计为4-5m；一列接地极组100a中部的相邻两个接地极100之间的间隔距离b设计为6m；以确保海岸型接地结构的功能稳定运行以及延长其使用寿命。
58.在一些实施例中，参阅图1、图2和图4所示，海岸型接地结构包括电缆沟槽300，电缆沟槽300从导流系统200延伸直至各个接地极100；导流电缆40的至少部分区段位于电缆沟槽300中。
59.通过导流电缆40将导流系统200传递过来的直流电向各个接地极100的馈电棒30传送，再通过接地部20转移到海水浸润的地基中。电缆沟槽300可以对连接各个接地极100的导流电缆40形成保护，以避免受到海水的扰动，确保海岸型接地结构的功能可靠运行。
60.在一些实施例中，参阅图1和图2所示，海岸型接地结构包括至少两列接地极组100a；全部接地极组100a并列设置。
61.具体地，两列接地极组100a沿垂直于海岸延伸方向的法向并列设置；两列接地极组100a中各一个接地极100为彼此对称的接地单元；各个接地单元中的导流电缆40可以沿着电缆沟槽300铺设，直至导流电缆40连接到导流系统200；
62.在一些实施例中，参阅图1至图5所示，导流系统200包括电抗器220、汇流母线230、多个隔离开关240、多个电阻250、以及多个电流互感器260。
63.汇流母线230通过电抗器220与外部的换流站400电性连接。其中，换流站400是指在高压直流输电系统中，为了完成将交流电变换为直流电或者将直流电变换为交流电的转换，并达到电力系统对于安全稳定及电能质量的要求而建立的站点。换流站400的中性线410可采用架空线路的方式延伸到导流系统200，通过电抗器220与汇流母线230实现连接。
64.每一个接地极100的导流电缆40依次串联对应的电流互感器260、电阻250以及隔离开关240；多个隔离开关240并联接入汇流母线230。汇流母线230将换流站输送的直流电均匀传入到多个隔离开关240，再依次经过电阻250、电流互感器260、导流电缆40传递到接地极100的馈电棒30中，再利用海岸线的地理环境，使得直流电能够通过接地部20迅速转移到海水浸润的地基中，从而实现一个回路。
65.每个接地极100通过上述电气连接关系与导流系统200建立单独的一个回路并通过隔离开关240控制单个回路的通断。
66.每个回路根据设计的不同可以布置不同阻值的电阻。由于海岸的土壤电阻率较低，每个回路的整体阻值将较小，因此串联的电阻250的阻值水平应当根据回路电阻确定，一般来说为零点几欧姆到一欧姆的范围，因而发热量也较小；对于一列接地极组100a而言，位于中部的接地极100的所处的回路所释放的直流电较小，其可以串联阻值较小的电阻250，例如0.01、0.02、0.05欧姆等等；而位于端部的接地极100的所处的回路所释放的直流电较大，其可以串联阻值较大的电阻250，例如其可以设置为0.1、0.5、0.9、1.0欧姆等等，以用于调节不同回路之间的电阻值，使得各个接地极100所处的回路所释放的直流电均等；有效的改善将多个接地极100一字型布置后回路均流情况，从而确保各区域的跨步电压和各个馈电棒30的使用寿命。
67.电阻250可选择为可调式电阻。如此，随着多个接地极100运行方式的变化以及检修方式的变化，每个接地极100所处的回路的分流也是在变化的，需要根据不同的变化选择
回路中的电阻250的阻值，以实现智能化操控。
68.电流互感器260用于向控制系统(未标出)实时反馈所处回路的电流大小；如此，操作人员可通过控制系统进行相应的调配操控，再配合可调式电阻实现对各个回路的智能化控制。
69.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
70.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种接地极，应用于具有潮水低位线(91)以及潮水高位线(92)的海岸区域；其特征在于，所述接地极包括：井管(10)；所述井管(10)的顶端高于所述潮水高位线(92)；接地部(20)，设置在所述井管(10)的底端；馈电棒(30)，埋设在所述接地部(20)中；且所述馈电棒(30)低于所述潮水低位线(91)；以及导流电缆(40)，与所述馈电棒(30)电性连接。2.根据权利要求1所述的接地极，其特征在于，所述接地极包括穿设在所述井管(10)内的排气管(50)；所述排气管(50)的一端向下延伸到所述接地部(20)中，另一端向上延伸直至越过所述潮水高位线(92)。3.根据权利要求2所述的接地极，其特征在于，所述导流电缆(40)的至少部分区段固定在所述排气管(50)的外周壁并向下延伸直至与所述馈电棒(30)连接。4.根据权利要求1至3任一项所述的接地极，其特征在于，所述井管(10)的管壁上形成有多个渗透孔(11)。5.根据权利要求1至3任一项所述的接地极，其特征在于，所述接地部(20)为焦炭。6.一种海岸型接地结构，其特征在于，包括：导流系统(200)以及多个如权利要求1至5任一项所述的接地极(100)；多个所述接地极(100)沿一字型间隔排列形成至少一列接地极组(100a)；全部所述接地极(100)的所述导流电缆(40)与所述导流系统(200)电性连接。7.根据权利要求6所述的海岸型接地结构，其特征在于，所述导流系统(200)设置在所述海岸区域高于所述潮水高位线(92)的靠内一侧；所述接地极(100)设置在所述海岸区域低于所述潮水高位线(92)的靠外一侧。8.根据权利要求6所述的海岸型接地结构，其特征在于，所述海岸型接地结构包括电缆沟槽(300)，所述电缆沟槽(300)从所述导流系统(200)延伸直至各个所述接地极(100)；所述导流电缆(40)的至少部分区段位于所述电缆沟槽(300)中。9.根据权利要求6所述的海岸型接地结构，其特征在于，所述海岸型接地结构包括至少两列所述接地极组(100a)；全部两列所述接地极组(100a)并列设置。10.根据权利要求6至9任一项所述的海岸型接地结构，其特征在于，一列所述接地极组(100a)中；位于端部的相邻两个所述接地极(100)之间的间隔距离为a，位于中部的相邻两个所述接地极(100)之间的距离为b；满足，a＜b。11.根据权利要求6至9任一项所述的海岸型接地结构，其特征在于，所述导流系统(200)包括电抗器(220)、汇流母线(230)、多个隔离开关(240)、多个电阻(250)、以及多个电流互感器(260)；所述汇流母线(230)通过所述电抗器(220)与外部的换流站(400)电性连接；每一个所述接地极(100)的所述导流电缆(40)依次串联对应的所述电流互感器(260)、所述电阻(250)以及所述隔离开关(240)；多个所述隔离开关(240)并联接入所述汇流母线(230)。

技术总结
本申请涉及一种接地极以及海岸型接地结构，包括：井管；所述井管的顶端高于所述潮水高位线；接地部，设置在所述井管的底端；馈电棒，埋设在所述接地部中；且所述馈电棒低于所述潮水低位线；以及导流电缆；与所述馈电棒电性连接。本申请实施例的一种接地极以及海岸型接地结构，兼具接地电阻低，施工方便以及可靠性高的优点。的优点。的优点。


技术研发人员：刘玉
受保护的技术使用者：中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司
技术研发日：2023.06.28
技术公布日：2023/10/5