CN109546366B - 深井型接地极的上端部绝缘构造 - Google Patents
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Abstract
本发明属于深井型接地极的领域，具体涉及到一种深井型接地极的上端部绝缘构造，其包括绝缘护套；馈电电极，其包括第一馈电电极和第二馈电电极，所述第一馈电电极从某一深度至顶端包裹所述绝缘护套；钢套管，其包括第一钢套管和第二钢套管，所述第一钢套管从某一深度至顶端包裹所述绝缘护套；其中，当深井型接地极安装完成后，所述第二馈电电极和所述第二钢套管可从深井抽离取出。本发明提供的深井型接地极的上端部绝缘构造，其能够保证钢套管以及馈电电极从深井的某一深度至地面的一段对大地绝缘，也可以保证直流电流从电极井绝缘处理段以下的部分泄流。
Description
技术领域
本发明属于深井型接地极的领域，具体涉及到一种深井型接地极的上端部绝缘构造。
背景技术
现有的高压直流接地极普遍采用水平浅埋式接地极，占地面积大，在经济发达的直流受端地区选址困难。南方电网在最近的少数几个直流工程中尝试应用了垂直接地极，电极井长度30～40m，一般单个直流工程的独立接地极也需要50～60口电极井，电极井需组成环状布置，虽然占地面积相对于水平浅埋型接地极有所减少，但施工占地面积依然较大，施工完成后形成的几十口露出地面的井口将永久占用土地，同时也增加了井口维护的工作量。为了进一步减小接地极对极址所在地的居民生产生活的影响，进一步降低对周边电力变压器、油气管道、铁路等各类设施的影响。
目前，有科研机构正在开展深井接地极的工程研究，相比较于垂直接地极，深井型电极井长度一般可达数百米至一千米，电极井数量可减少至几口，接地电阻比垂直型接地极更低，因此对周边设施的影响更小，同时对地形的要求不高，选址更容易，有很强的工程应用价值。
要取得对周边设施影响尽可能小的效果是有前提条件的，即深井型电极井必须是一种理想的大深度埋深的电极，以某科研机构的试验新深井接地极为例，其电极顶端需位于-150m深度。然而，由于钻井技术的限制，下放钢套管以及馈电电极的过程中，上端部的材料需承受被下放物体整体的重量，因此必须使用钢质材料才能满足拉力要求，下放完成后，上端150m的部分很难再取出。
为了解决上述问题，本发明提供了一种深井型接地极的上端部绝缘构造。
发明内容
本发明为了满足一种新型的接地极，即深井型接地极对其上端部绝缘的要求，提供了一种深井型接地极的上端部绝缘构造。
本发明还有一个目的是提供了一种深井型接地极的上端部绝缘构造，其能够保证钢套管以及馈电电极从-150m处至地面的一段对大地绝缘。
本发明还有一个目的是提供了一种深井型接地极的上端部绝缘构造，其可以保证直流电流从电极井绝缘处理段以下的部分泄流。
本发明针对新型的深井型接地极的特殊需要，提供了一种深井型接地极的上端部绝缘构造，并提供至少后面将说明的优点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，本发明提供了一种深井型接地极的上端部绝缘构造，包括：
绝缘护套；
馈电电极，其包括第一馈电电极和第二馈电电极，所述第一馈电电极从某一深度至顶端处包裹有所述绝缘护套；
钢套管，其包括第一钢套管和第二钢套管，所述第一钢套管从某一深度至顶端处包裹有所述绝缘护套；
其中，当深井型接地极安装完成后，所述第二馈电电极和所述第二钢套管可从深井抽离取出。
本发明提供的深井型接地极的上端部绝缘构造，其实现了深井型极井上端部的一段长度达到上百米的对地绝缘效果，保证了深井型接地极周边地电位升较低的良好特性。
优选的是，所述绝缘护套包括电极绝缘护套和钢套管绝缘护套，所述电极绝缘护套套设在所述第一馈电电极埋深10-150m段的外围，所述钢套管绝缘护套套设在所述第一钢套管埋深10-150m段的外围，所述电极绝缘护套和所述钢套管绝缘护套的击穿电压大于1kV，具备200m水深的防水能力。
由于深井接地极运行时内部充满了地下水，井内水位齐平于地下水位，因此除了所述绝缘护套的电气绝缘性需能满足要求外，护套的防水耐压能力可以保证全寿命周期的绝缘效果。
优选的是，所述电极绝缘护套和所述钢套管绝缘护套均为热缩管，每根所述热缩管的长度不小于1m，每根所述热缩管之间的连接部分用热缩带固定。
由于护套产品的宽度一般不超过1.2m，此宽度已经是提出了尽可能宽的要求，减少包裹的段数，也减少护套间的连接部分数量，从而减少绝缘破损的概率。
优选的是，所述第一馈电电极和所述第二馈电电极以可拆卸方式连接，所述第一钢套管和所述第二钢套管以可拆卸方式连接。
深井型接地极的馈电电极和钢套管的顶部一段取出的设计，绝缘可靠性极高，可以保证将井口地面的跨步电压控制在限值以下，且深井型接地极的钻井深度大，上端的第一馈电电极可不作为泄流电极，因此，有利于电流向深底层泄流，减少接地极对极址周边的影响。
优选的是，所述第一馈电电极和所述第二馈电电极采用反丝扣连接，所述第一钢套管和所述第二钢套管采用反丝扣连接；当完成下放所述馈电电极和所述钢套管后，所述第二馈电电极和所述第二钢套管可取出。
反丝扣的可拆卸连接方式，使得所述第一馈电电极和所述第二馈电电极连接和分离容易操作，由于安装完成后，第一电极(钢管)和第二电极(钢管)的连接处位于地下-10m处，电极与井壁之间的缝隙极小，无法直接对连接点进行分离操作，因此采用反丝扣连接可以利用接地极整体与井壁之间的摩擦阻力，将上端10m的电极(钢管)旋出。同时该方法不额外占用空间，利于在狭窄的安装空间内实施。
优选的是，所述第一馈电电极和所述第一钢套管位于离自然地面10m处至深井底部，所述第二馈电电极和所述第二钢套管位于离自然地面0-5m处，所述第一馈电电极和所述第一钢套管之间距地面150m范围内填充砂砾和卵石，所述卵石填充在表层距地面5m范围内，其余部分填充所述砂砾。
所述第一馈电电极和所述第一钢套管之间距地面150m范围内从下至上分别填充砂砾和卵石，填充物具备相对高的电阻率。
优选的是，还包括电缆，其与所述馈电电极之间的焊点采用环氧树脂包封。
保证了所述馈电电极和电缆的安全连接，同时加强了所述深井接地极上端部的整体绝缘效果。
优选的是，还包括PE管，其位于深井内，所述PE管分别套设在所述第二馈电电极和所述第二钢套管的外围。
所述第二钢套管外套一根厚壁PE管，用于在PE管上固定下放所需的对中器，并在第二钢套管取出后，形成至地面的井身通道。所述第二馈电电极外套一根厚壁PE管，用于在PE管上固定下放所需的对中器以及固定电缆等设施，同时保证反旋取第二馈电电极时对电缆等设施不产生影响。
本发明的有益效果
1、本发明提供的深井型接地极的上端部绝缘构造，其实现了深井型极井上端部的一段长度达到上百米的对地绝缘效果，保证了深井型接地极周边地电位升较低的良好特性。
2、本发明提供的深井型接地极的上端部绝缘构造，其将馈电电极和钢套管顶部一段取出的设计，可靠性极高，可以保证将井口地面的跨步电压控制在限值以下。
3、本发明提供的深井型接地极的上端部绝缘构造，其反旋取出顶端钢套管和馈电电极的方案中，外套一根PE管的设计，保证了井内的对中器和电缆等设施不受反旋影响，解决了取出埋深0-10m的钢套管和电极的难题。
附图说明
图1为现有技术典型的垂直电极井的结构示意图；
图2为现有技术典型的深井型电极井的结构示意图；
图3为现有技术垂直接地极和深井型接地极方圆100km范围的地电位升结果图；
图4为本发明所述的深井型接地极10-150m段绝缘设计结构图；
图5为本发明所述的第一和第二钢套管安装的结构示意图；
图6为本发明所述的第二钢套管取出的结构示意图；
图7为本发明所述的第二馈电电极取出的结构示意图；
图8为本发明所述的最终结构示意图。
其中，1-馈电电极，2-钢套管，3-第一馈电电极，4-第二馈电电极，5-电极绝缘护套，6-PE管，7-电缆，8-焊点，9-第一钢套管，10-第二钢套管，11-钢套管绝缘护套，12-砂砾，13-卵石，14-焦炭，15-护壁钢管，16-反丝扣。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或者多个其它元件或其组合的存在或添加。
深井型接地极有别与普通垂直接地极的特点，除了极井数量更少、极井长度更长外，最重要的特点就是电极井的设计埋深可以更深。由于垂直接地极的电极井长度一般在30～40m左右，为了尽量利用电极井各段来散流，应在满足跨步电压的前提下尽量浅埋，一般电极井顶端埋深4～5m。而深井型接地极的钻井深度大，上端的一部分可不作为泄流电极，因此电极井埋深可达一百米以上(通常埋深为100～200m)。
典型的垂直电极井和深井型电极井结构如图1和图2所示。电极井从里至外均由馈电电极1、焦炭14和钢套管2三部分组成，但两种接地极的极井长度和埋深不同。
深井接地极上端的一部分不作为导电的电极，这样有利于电流向深底层泄流。减少接地极对极址周边临近区域的影响。图3所示为相同大地土壤模型下的地电位升计算结果，实线和虚线分别表示垂直接地极和深井型接地极所产生的地电位升，其中垂直接地极为52口35m的电极井，埋深5m，钻井深度共40m，井口直径1m；深井型接地极为3口850m的电极井，埋深150m，钻井深度共1000m，井口直径0.34m。
从图3可见深井型接地极产生的最大地电位升比垂直接地极更小，在极址范围2km内下降的趋势也更缓慢，因此，其对于极址周边几公里内的设施影响也更小，比如在接地长金属管线上产生的转移电势将有效降低，这是深井型接地极的重要优点之一。
所以，本发明提供的一种深井型接地极的上端部绝缘构造包括：
馈电电极1，其包括第一馈电电极3和第二馈电电极4，所述第一馈电电极3和所述第二馈电电极4以可拆卸方式连接，实际中的一种操作方式为所述第一馈电电极3和所述第二馈电电极4采用反丝扣连接，且所述第一馈电电极3的外围包裹电极绝缘护套5，在所述第二馈电电极4的外侧套装厚壁PE管6，电缆7与所述馈电电极1之间的焊点8采用环氧树脂包封；钢套管2，其包括第一钢套管9和第二钢套管10，所述第一钢套管9和所述第二钢套管10以可拆卸方式连接；实际中的一种操作方式为所述第一钢套管9和所述第二钢套管10采用反丝扣连接，且所述第一钢套管9的外围包裹钢套管绝缘护套11，在所述第二钢套管10的外侧套装厚壁PE管6；
其中，当深井型接地极安装完成后，所述第二馈电电极4和所述第二钢套管10从深井抽离。
所述第一馈电电极3和所述第一钢套管9位于离自然地面10m处至井底部，所述第二馈电电极4和所述第二钢套管10位于离自然地面0-10m处。所述第一馈电电极3和所述第一钢套管9之间离自然地面10-150m的部分从下至上分别填充砂砾12和卵石13；位于离自然地面150m以下的部分填充焦炭14。在位于离自然地面5-50m处设置护壁钢管15。5-50m处存在大口径的外层护壁钢管15，所述外层护壁钢管不属于接地极的电极部分，也没有电气上的连接。
由于钻井必须分多段钻进，第一开大口径钻孔的护壁套管15只起防止塌孔的作用，与内部的馈电电极1和钢套管2没有直接的电气连接，因此无需绝缘，可将其视为电极井周围土壤的一部分，详见图4。另外，为防止意外情况下将电位引到地面，保守得将最外侧无直接电气连接的的护壁钢管上端距离地面5m的部分采用负挖基坑的方法来割除(见图5-8)。
在馈电电极和钢套管的10-150m段，即第一馈电电极和第一钢套管上包裹绝缘热缩护套，下放后如图4所示。
绝缘护套需满足击穿电压大于1kV，防水效果200m水深(约2MPa)，耐磨、耐刮擦。馈电电极外径Ф73，钢套管外径Ф340，因此分别采用标称尺寸为75/22(收缩后最大内径22mm，厚度3mm)和380/75(收缩后最大内径75mm，厚度3.5mm)的热缩管，长度不小于1m/根，每根之间的连接部分用250mm宽的热缩带加强固定。其它性能要求如下表1所示：
| 测试项目 | 测试方法 | 要求值 |
| 拉伸强度 | ASTM D 2671 | ≥14MPa |
| 断裂拉伸强度 | ASTM D 2671 | ≥400％ |
| 热冲击250℃ | 无裂纹、无滴落 | 250℃×4h |
| 击穿强度 | IEC 243 | ≥20kV/mm |
| 体积电阻率 | IEC 93 | ≥1×10<sup>14</sup>Ω·cm |
| 纵向收缩率 | UL 224 | 0～-10％ |
| 吸水率 | ISO 62 | <0.2％ |
| 剥离强度 | DIN30672 | 4N/cm |
虽然，冷缩管甚至绝缘涂层，均可以实现绝缘护层的效果，但是，本发明经过比较采用了热缩管，相对比其它方法施工方便，绝缘效果更好。
在下放的最后一段10m长的钢套管，即所述第二钢套管采用反丝扣与下方的第一钢套管连接，外套一根厚壁PE管(外径400mm，厚度23.7mm)，用于在PE管上固定下放所需的对中器。利用下方990m钢套管的自重和井壁摩擦力，反旋末端钢管取出，PE管保留在井内。见图5和图6。
同理，在下放的最后一段10m长的馈电电极，即第二馈电电极采用反丝扣与下方的第一馈电电极连接，外套一根厚壁PE管(外径160mm，厚度14.5mm)，用于在PE管上固定下放所需的对中器以及电缆等设施，同时保护反旋取电极时对电缆等设施的影响。利用下方990m电极的自重和对中器与钢套管之间的摩擦力，反旋末端电极取出，PE管保留在井内。见图7和图8。
如图4～图8所示，保守得将最外侧无直接电气连接的的护壁钢管上端5m采用负挖基坑的方法来割除，馈电电极和钢套管之间-150m以下填充焦炭，以上部分填充砂砾，井口填少量卵石。
结合以上措施，确保埋深10-150m段通过绝缘护套和砂砾填充物来实现可靠的绝缘；确保埋深0-10m段内无可导电的电极结构。
国内目前的直流接地极基本采用水平式，垂直型的仅有两个工程实施，深度仅30～40m，其特点是电极短，埋深浅，不需要对电极进行部分绝缘处理，并不适用于大深度的深井接地极。本发明提供的深井型接地极的上端部绝缘构造，是专门针对可达一千米的大深度深井接地极而创新设计的，深井接地极对于其他接地极来说是一种技术跨越，绝缘处理作为其技术要点之一是一种技术上的创新，之前没有先例，具有突出的实质性特点和显著的应用价值。
综上所述，本发明提供的深井型接地极的上端部绝缘构造，通过根据埋设深度的不同采用不同结构；埋深10m以下的电极井部分采用钢套管和馈电电极包裹热缩护套和填充砂砾来实现绝缘，埋深0-10m的电极井部分采用反旋取出的结构；反旋取出的结构设计中，采用PE管保护并兼作井内各种设施固定体的设计思路，能够保证钢套管以及馈电电极从-150m处至地面的一段对大地绝缘，使直流电流从电极井绝缘处理段以下的部分泄流。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (7)
1.一种深井型接地极的上端部绝缘构造，其特征在于，包括：
绝缘护套；
馈电电极，其包括第一馈电电极和第二馈电电极，所述第一馈电电极埋深10-150m段的外围处包裹有所述绝缘护套，所述第二馈电电极位于所述第一馈电电极的上方，且所述第一馈电电极和所述第二馈电电极以可拆卸方式连接；
钢套管，其包括第一钢套管和第二钢套管，所述第一钢套管埋深10-150m段的外围处包裹有所述绝缘护套，所述第二钢套管位于所述第一钢套管的上方，且所述第一钢套管和所述第二钢套管以可拆卸方式连接；
其中，当深井型接地极安装完成后，所述第二馈电电极和所述第二钢套管可从深井抽离取出；
其中，所述第二钢套管套设在所述第二馈电电极的外围，所述第一钢套管位于所述第一馈电电极的外围；
其中，所述绝缘护套需满足击穿电压大于1kV；
其中，所述第一馈电电极和所述第一钢套管之间距地面150m范围内填充砂砾。
2.如权利要求1所述的深井型接地极的上端部绝缘构造，其特征在于，所述绝缘护套包括电极绝缘护套和钢套管绝缘护套，所述电极绝缘护套套设在所述第一馈电电极埋深10-150m段的外围，所述钢套管绝缘护套套设在所述第一钢套管埋深10-150m段的外围，所述电极绝缘护套和所述钢套管绝缘护套的击穿电压大于1kV，具备200m水深的防水能力。
3.如权利要求2所述的深井型接地极的上端部绝缘构造，其特征在于，所述电极绝缘护套和所述钢套管绝缘护套均为热缩管，每根所述热缩管的长度不小于1m，每根所述热缩管之间的连接部分用热缩带固定。
4.如权利要求1所述的深井型接地极的上端部绝缘构造，其特征在于，所述第一馈电电极和所述第二馈电电极采用反丝扣连接，所述第一钢套管和所述第二钢套管采用反丝扣连接；当完成下放所述馈电电极和所述钢套管后，所述第二馈电电极和所述第二钢套管可取出。
5.如权利要求1所述的深井型接地极的上端部绝缘构造，其特征在于，所述第一馈电电极和所述第一钢套管位于离自然地面10m处至深井底部，所述第二馈电电极和所述第二钢套管位于离自然地面0-10m处，卵石填充在表层距地面5m范围内，5-150m之间填充所述砂砾。
6.如权利要求1所述的深井型接地极的上端部绝缘构造，其特征在于，还包括电缆，其与所述馈电电极之间的焊点采用环氧树脂包封。
7.如权利要求1所述的深井型接地极的上端部绝缘构造，其特征在于，还包括PE管，其位于深井内，所述PE管分别套设在所述第二馈电电极和所述第二钢套管的外围。
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