在季节性冻土地区,地面冻土层的土壤电阻率随季节性因素变化很大,将严重影响接地网的安全性能,此时采用参数合适的复合接地网将比水平接地网具有更好的降阻效果及安全性能。以哈牡铁路亚沟牵引变电所为例,采用CDEGS软件进行仿真计算的方法,分析在季节性冻土地区影响接地网安全性能的四个因素(水平均压带网格大小;垂直接地极数量、长度及位置),得出采用水平均压带与垂直接地极相结合的复合接地网方案为工程最佳方案。

针对油气资源开发过程中,高寒冻土地区实施管道阴极保护技术存在的土壤电阻率增加对保护电流的需求和对电位分布产生极大影响的问题,建立了高寒冻土地区管道阴极保护电位分布的数值计算模型,研究了管道穿越高寒冻土地区时在深井阳极、浅埋阳极及带状阳极保护方式下,冻土对阴极保护电位分布的影响。研究结果表明,带状牺牲阳极通常铺设于管沟底部与管道平行,阳极和管道之间较近的距离会将冻土高电阻率的影响降至较小程度,保护效果较好,因此管道穿越高寒冻土区时建议采用带状牺牲阳极保护方式。

针对现有Cu/CuSO4参比电极和Zn参比电极无法在低温下保持稳定基准电位,以及受环境污染较大等问题,研制了一套可应用于冻土区的防冻型Cu/CuSO4参比电极。该参比电极在罐体材料及结构、防冻电解液等方面进行了技术创新,具有受外界干扰小、可连续补液、使用寿命长、结构合理、使用方便等优点。在实验室内不同温度下测量X65钢对Zn电极、普通Cu/CuSO4参比电极及防冻型Cu/CuSO4参比电极的电位,结果表明:防冻型Cu/CuSO4参比电极在-20～20℃内电位变化仅为73 mV,基准电位比常用参比电极更稳定。采用能斯特方程对不同温度下的防冻型参比电极的电位差进行计算,计算结果与现场测量值基本吻合。(图4,表1,参10)

便携式Cu/CuSO4参比电极具有耐腐蚀、电位稳定及不易极化等优点,常作为管道和储罐电位测量的主要工具。但在低温环境下,常因电解液及陶瓷头/环境界面结冰而无法正常使用。本文研制出一种新型防冻型便携式Cu/CuSO4参比电极,通过向CuSO4饱和溶液中添加乙二醇溶液来降低电解液的凝固点。实验室研究结果表明,在室温下,添加了防冻液的参比电极和普通Cu/CuSO4参比电极性能相差不大,可以替代使用。但在-20oC时,防冻型参比电极电位较普通CuSO4参比电极更为稳定。

针对目前常用参比电极(高纯Zn及Cu/CuSO4参比电极)在低温环境中基准电位不稳定的现状,研制了一套可应用于冻土区阴极保护系统的的新型防冻型Cu/CuSO4参比电极。通过与常用参比电极在实验室及现场对比,该电极在低温下性能稳定,设计结构合理,使用方便。

从牵引变电所接地系统设计目的分析出发,讨论现行设计规范对接地电阻值要求的局限性,并结合实际案例,采用仿真计算和实地测试等方法进行验证,提出对于高寒冻土地区牵引变电所的接地系统设计思路,应结合工程具体情况整体考虑,避免只简单注重接地电阻值,而忽视对地电位分布的分析。