[发明专利]一种直流接地极附近土壤电渗透系数测量装置和试验方法

说明书

本发明公开了一种直流接地极附近土壤电渗透系数测量装置和试验方法，可以正确模拟直流接地极附近土壤的电流场情况，同时可以通过控制与烘干土壤混合的溶液体积控制土壤的含水率，通过控制与干土混合溶液的含盐量来控制土壤水的含盐量，通过稳压直流电源设置恒定电流输出控制电流密度大小等，可以得到更贴合实际的电渗透系数测量结果，同时可以通过改变电流密度参数，得到实际工程中符合直流接地极附近土壤条件的电流密度阈值。

技术领域

本发明属于电气工程领域技术领域，具体涉及一种直流接地极附近土壤电渗透系数测量装置和试验方法。

背景技术

土壤为多相混合介质，其中含有丰富的水分，土壤中水分的质量占烘干土壤总质量的百分比即为土壤含水率。高压直流接地极在运行时，直流电流将从直流接地极流入大地。对于双极运行的高压直流输电系统，直流接地极流入大地的电流为运行的不平衡电流；对于单极-大地运行的直流高压输电系统，直流接地极的入地电流为额定电流，常常高达数千安。在直流接地极的设计过程中，需要校核直流接地极的最大电流密度，目的是为了防止局部电流密度过大，导致该处电渗透效应严重，土壤温升过快，最后导致接地极烧毁。另一个目的即为防止过高电流密度导致的局部跨步电压或接触电压不满足安全要求。

国际大电网组织CIGRE的标准TB675 General Guidelines for HVDC GroundingElectrode(高压直流接地极技术导则)中规定直流接地极的最大电流密度为1.0A/m²，是为了防止接地极附近严重的电渗透效应，避免土壤流失严重，温度陡增，导致接地极烧毁。然而不同位置的土壤其含水率不同，土壤离子浓度，离子种类也不尽相同。例如在海边，土壤中的水分的盐度则较高，内陆则较低。不同的地质条件下土壤的电渗透情况不尽相同，采用统一的1.0A/m²的标准不能因地制宜的设计直流接地极。因此，需要测得直流接地极附近土壤的电渗透系数，评估直流接地极运行下土壤的电渗透效应程度，为直流接地极的设计提供参考。

直流接地极为高压直流输电工程的重要组成部分，距离换流站位置较远，通过接地极引线连接。高压直流输电工程在建设早期常常只有一回线，直流电流通过两端的直流接地极和大地进行回流。对于双回线的直流输电工程，在检修或故障的情况下也会通过两端的直流接地极和大地回流电流。

土壤电渗透效应为土壤水分在直流电流作用下发生移动的现象。当土壤中存在直流电场时，导电的主要途径依赖于土壤空隙水中的阴阳离子，而由于土壤颗粒的负电性，空隙水中的阳离子会被吸引。根据土壤双电层理论，距离土壤颗粒较近的阳离子被紧紧吸附，该层称为非水化阳离子层，不会受到电场的作用而移动。距离土壤颗粒较远的阳离子一般与水分子结合构成水化阳离子，该层又称为水化阳离子层，由于布朗运动的扩散力作用，该层会存在一个滑动面，处于滑动面以外的水化阳离子会在电场的作用下，从阳极向阴极移动，并且在移动的过程中会拖拽其它水分子一起移动，从而产生电渗渗流。

描述电渗透效应的主要参数为电渗透系数，而电渗透系数难以从计算获得，需要通过试验的方式获得。针对直流高压接地极特有的运行环境和情况，需要有针对性的设计接地极附近土壤电渗透系数现有的电渗透测试方法在对土壤样本进行通电的过程中，没有考虑由于电解作用将水变为氢气和氧气而消耗掉的部分水分，而且在试验过程中没有考虑由于重力作用，土壤中的水分垂直移动并从试验容器底部排出的干扰，这就使得电渗透系数在计算结果上出现偏差。且大部分试验仅通过样本从阴极的总排水量来对样本的电渗透情况进行考量，而对于局部土壤的含水率变化无法进行细致掌握和研究。再者，高压直流接地极金属电极外侧首先由焦炭包裹，焦炭外部才是土壤，其土壤结构与一般电渗透试验研究的整体均匀的土壤不同(一般电渗透试验仅为获得土壤样本的电渗透系数，其重点不需要考虑直流接地极结构，试验容器中只需填充土壤样本)，需要考虑阳极侧由于焦炭层存在对电渗透产生的影响。

发明内容

本发明提供了一种直流接地极附近土壤电渗透系数测量装置和试验方法，以提高电渗透系数测试结果的准确性。