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摘要：随着直流输电技术的广泛应用，我国特高压直流输电工程越来越多应用于大型水电站外送。由于特高压直流输电输送容量大，系统直流电流也越来越大，其接地极的设计越来越困难。随着极址资源的日益稀缺，多回直流系统共用接地极设计越来越成为直流系统接地极设计的发展趋势。
关键词：特高压直流；直流输电；共用接地极
1工程概况
A高压直流输电工程长度约1500km，额定电压±800kV，双极输送容量5000MW，额定电流3125A，最大允许长期运行电流按1.1倍额定电流、暂时过电流按1.4倍额定电流考虑。B高压直流输电工程长度约1250km，额定电压±500kV，双极输送容量3000MW，额定电流3000A，最大允许长期运行电流按1.1倍额定电流、暂时过电流按1.5倍额定电流考虑。
2 共用接地极模式分析
2.1共用接地极参数选择
接地极的设计原则主要包括4方面内容：必须满足系统条件；符合使用寿命要求，在规定的运行年限内不应出现故障；符合最大允许跨步电压的限制要求；符合土壤最大允许温升的限制要求。除此之外，还须满足如下要求：
（1）系统运行方式。共用接地极既要满足任一单回直流系统单极大地回路运行要求，又要满足2回直流系统同时同极性单极大地回路运行要求。
（2）使用寿命。共用接地极运行寿命根据不更换（一次性）型式设计，其运行寿命与直流系统相同。馈电材料溶解——电腐蚀是影响共用接地极使用寿命的主要因素。对直流系统运行状态分析并留有一定裕度后确定共用接地极设计运行寿命为35a。共用接地极性能要求如表1所示。
（3）入地电流。①额定电流。额定电流取1个直流系统以单极大地回路方式运行时的电流与其他双极系统正常运行时的不平衡电流之和。②过负荷电流（1.2pu）。允许1个直流系统以单极大地返回方式过负荷运行，过负荷电流不小于阀片最大过负荷电流。③暂态电流（1.5pu）。考虑1个直流系统以单极大地回线方式运行，其他直流系统双极正常运行。④最大允许电流。考虑2个直流系统同时出现同极性单极大地回线运行方式，此电流大于暂态电流，计算跨步电压时应按此电流控制，持续运行时间不超过20min。⑤不平衡电流。受控制系统和设备影响，不平衡电流一般取额定电流的1%左右。⑥最大持续运行时间。额定电流下最大持续运行时间按30天考虑。
2.2共用接地极设计
对直流极的计算既要考虑金属极体，又要考虑包裹着接地极的炭床。通过采用结合矩量法和边界元法，对共用接地极进行分析。直流接地极的极址地势低洼，开阔平坦。根据极址的土壤条件（如表2）设计共用接地极，接地极本体采用双环结构（直径940m+700m），为浅埋沟型，电极环长度为5152m，电极埋深（平均值）4m。计算出的最大跨步电压为6.01V，小于共用接地极允许的最大跨步电压（7.10V），因此不会对人身安全产生影响；计算出的最大温升为47.2℃，远小于土壤允许最高温度（95℃），不会因为接地极周围温升过高而影响安全。该方案满足前述接地极参数设计要求
3 接地极形式及电极布置
3.1电极埋设型式
在土壤中的接地电极，电解质的液体，主要是导电模式，分为2类：浅埋型，也被称为沟型，垂直式，也被称为井型电极，由多根垂直于地面布置的子电极组成。为了充分利用较低的表层土壤电阻率，水平埋设的浅埋型电极埋设深度一般为数m。电极的优点是施工方便，成本低，尤其适用于土壤电阻率较低的地区和场地宽阔且地形较平坦的区域。共用接地极工程电极采用水平埋设。
3.2电极埋设深度
不同的电极埋设深度所要求的地面最大跨步电压、土壤参数的设计取值、施工土方开挖量是不同的。因此，确定电极埋设深度一般应按控制地面跨步电压、电极埋设层土壤性能良好、减少土方开挖量、避免外部因素破坏等方面要求，进行技术经济比较后合理取值。共用接地极工程外环电极埋深为4m，内环电极埋深为3.5m。
3.3电极形状及布置
该电极可以是任意的布局，不同的形状，其技术性能和经济指标有很大的不同，这取决于电流密度的分布情况。为了获得更均匀的电流分布的电极布局特性，设计符合下列要求：
（1）在场地允许的情况下，一般应优先选择单圆型电极，其次是多个（2个及以上）同心圆环型电极。（2）在场地条件受到限制而不能采用圆环型电极的情况下，也应尽可能地使电极布置得圆滑些，尽量减少圆弧的曲率。（3）对于受温升和跨步电压条件控制的接地极，选用同心双圆环或多圆环布置，可以分散热量、减少电极外缘尺寸、降低跨步电压。
4 结论：
目前A地区和B地区的控制系统采用共用接地极，在不同故障模式下都能正常运行，故障短路电流、接地极入地电流以及恢复情况都没有太大差别。因此这些故障保护系统受到共用接地极的影响很小，可以继续延用。研究表明，特高压直流和高压直流输电系统共用接地极技术是可行的。多个换流站共用接地极技术将对我国直流输电技术的发展起着积极的促进作用。
参考文献：
[1]关于信息系统共用接地和独立接地的探讨[J].王禄静，李龙玲，金超，许毅.贵州气象.2012（S1）
[2]±800kV特高压直流输电线路的电位转移电流特性[J].刘凯，吴田，刘庭，肖宾.高电压技术.2013（03）
论文作者:金奕丞1,王欣1,郑浩泽2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第28期
论文发表时间:2018/1/18
标签：电极论文; 电流论文; 系统论文; 电压论文; 额定电流论文; 土壤论文; 圆环论文; 《电力设备》2017年第28期论文;