李偉性

（中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局，廣州市，510663）

0 引言

±500 kV興安直流線路與2根接地極線路同桿架設(shè)，投運以來發(fā)生多起雷擊導(dǎo)致雙極相繼閉鎖故障。研究發(fā)現(xiàn)直流極線招雷擊導(dǎo)致單極閉鎖后，雷電波沿極線傳播時，在近故障相的接地極線路沿線產(chǎn)生的電磁感應(yīng)過電壓導(dǎo)致多個絕緣擊穿點，接地極線某點發(fā)生閃絡(luò)電弧接地時，接地極線電流大部分將通過電弧流入桿塔，經(jīng)過桿塔的地線流到附近幾十基桿塔，共同流入大地，周圍桿塔的分流作用使得2根接地極線不平衡電流極大，造成單極大地回路下的接地極不平衡保護(hù)動作，從而導(dǎo)致雙極閉鎖[1]。深入研究后發(fā)現(xiàn)，除接地極線沿線加裝避雷器外，無其他有效解決方式。若接地極線路另辟走廊，投資達(dá)5.5～8.6億元[2]。

1 接地極線路任意一點絕緣擊穿計算模型

興安直流線路全長1 210 km，起于貴州興仁縣興仁換流站，終點位于廣東深圳市寶安逆變站，逆變站側(cè)接地極線路（分為Idee1和Idee2 2根）與直流極線同塔架設(shè)（如圖1）約183 km，后經(jīng)5.7 km接地極專用線路進(jìn)入魚龍嶺極址。魚龍嶺極址10 km范圍架空地線段絕緣，其余所有桿塔架空地線均通過桿塔接地。

接地極線路使用3～4片瓷絕緣子與桿塔絕緣，招弧角放電間隙為337mm和510mm，極易擊穿。

根據(jù)文獻(xiàn)[1]，處于單極大地回路運行方式的情況下，有超過20 kA以上的雷電流繞擊到極線時，不管繞擊到極1或極2時，在接地極總能感應(yīng)出較高過電壓，使得接地極線絕緣擊穿或閃絡(luò)，正常工作電壓可以續(xù)流維持電弧長時間存在，造成直流線路閉鎖。

雷擊引起的故障極重啟不成功，很容易滿足接地極電流不平衡保護(hù)定值，延時后閉鎖直流線路，而且閉鎖與否與保護(hù)的延時時間長度無關(guān)。

當(dāng)Idee1絕緣子發(fā)生閃絡(luò)后，接地極線上的部分電流則可以通過本桿塔和附近桿塔流入大地，造成接地極線上的電流不平衡。對于Idee1，接地桿塔為一電流結(jié)點，接地極線換流站側(cè)電流為接地極線極址側(cè)電流與地線分流之和。任意一點接地形成電路見圖2，圖2中下標(biāo)a、b、c、d分別代表極址側(cè)Ideel串聯(lián)、換流站側(cè)地線依次串并聯(lián)、站側(cè)Ideel串聯(lián)、極址側(cè)地線依次串并聯(lián)。

圖2中的Rd為極址及尾段極線電阻與極址側(cè)并架終端桿塔接地電阻并聯(lián)，其總電阻與下一檔地線電阻串聯(lián)，再與下一基接地電阻并聯(lián)……依次串并聯(lián)到短路桿塔形成的總電阻（計算時絕緣架空地線段接地電阻按無窮大考慮）。

圖2中的Rb為換流站終端桿塔接地電阻與上一檔地線電阻串聯(lián)，再與上一基接地電阻并聯(lián)……依次串并聯(lián)到短路桿塔下一基形成的總電阻。

地線分流為以上2個電阻并聯(lián)后的總電阻分流。Idee1和Idee2的分流也依圖2電阻分配計算。按照圖2計算可知：

（1）短路點越靠近換流站，不平衡電流越大，地線分流作用越大，最大可達(dá)4：1以上。地線分流作用約10％通過本塔入地，60％通過相鄰5基塔入地，電流依次減?。ń^緣地線段除外）。

（2）4 000A最大故障電流情況下，要達(dá)到120A的不平衡保護(hù)動作電流，Idee1和Idee2電流比值必須大于1.06：1，靠換流站165 km段發(fā)生接地極線路短路故障會大于該值。

（3）3 000A正常單極電流情況下，要達(dá)到120A的不平衡保護(hù)動作電流，Idee1和Idee2電流比值必須大于1.08：1，靠換流站160 km段發(fā)生接地極線路短路故障會大于該值。

（4）120 A的動作條件非?？量?，即使全段架空地線懸空，避免周圍桿塔的分流效應(yīng)，仍然不能將不平衡電流限制在1.08：1以內(nèi)。

（5）退出接地極電流平衡保護(hù)，如果發(fā)生檔中導(dǎo)線被吊車等物直接短路低阻接地，短路點將產(chǎn)生較大入地電流，但故障無法切除。

2 接地極線路完全接地方案探討

將興安直流線路廣東側(cè)接地極同桿并架段所有桿塔（絕緣架空地線段仍然保持絕緣）用并溝線夾完全接地，則各桿塔之間的串聯(lián)由原來的2根地線并聯(lián)變?yōu)?根地線和2相接地極線并聯(lián)，其等效串聯(lián)電阻為0.011 5Ω/km，各段電流比均為：I·地1：I地2：Idee1： Idee2=0.046 33/2：0.046 33/2：2.42：2.42。其相對中性點電阻為極址及尾段極線電阻與絕緣架空地線段地線電阻串聯(lián)，后與終端接地極線路短路桿塔接地電阻并聯(lián)，其總電阻與下一檔等效線電阻串聯(lián)，再與下一基接地電阻并聯(lián)……依次串并聯(lián)到換流站終端塔形成的總電阻。按興安直流線路現(xiàn)場情況初步計算得出上述完全接地，從中有以下結(jié)論：

（1）由于串聯(lián)各塔的等效串聯(lián)電阻極低，不會出現(xiàn)上文描述的大部分電流通過近站側(cè)桿塔入地的情況，而是通過所有桿塔相對均勻地分散入地，構(gòu)成一個新的接地系統(tǒng)，直流系統(tǒng)中性點等效電阻由原來的2.38Ω降為0.26Ω，單極大地回路運行更加穩(wěn)定，大大降低電能損耗。

（2）對人畜影響方面：即使在4 000A的過負(fù)荷電流情況下，換流站終端塔入地電流最大，僅為68.7A，僅產(chǎn)生14.4V跨步電壓，不足以威脅人畜。向小號側(cè)桿塔入地電流依次遞減。

極址入地電流由原來的4 000 A降為16.5A，保護(hù)了魚龍嶺地區(qū)生態(tài)。

即使個別塔接地線懸空或者接地引下線全部斷裂造成桿塔接地電阻無窮大，只是使該塔分流效應(yīng)后移至其他塔，并不影響整體分流。

（3）4 000A的過負(fù)荷條件下，最嚴(yán)重的換流站終端塔單根地線電流僅為18.6A，不足以燒傷地線；單相接地極線電流為1 947A，小于以前的2 000A。

（4）以上方式接地后，不會發(fā)生感應(yīng)電導(dǎo)致不平衡效應(yīng)，避免了直流系統(tǒng)雙極閉鎖。而且低電阻（整體接地電阻也更加良好）的接地極線位于直流極線下方，起到很好的耦合地線分流作用，大大提高了線路耐雷水平，降低了直流單極閉鎖故障發(fā)生率。

（5）以上方式完全接地，改造費用較接地極線路另辟走廊和沿線加裝避雷器的投資更為經(jīng)濟(jì)。

（6）興安直流系統(tǒng)形成1個近200 km長的大接地系統(tǒng)。若考慮站內(nèi)或某段重要跨越影響，可以將相應(yīng)區(qū)段接地極線局部絕緣，不影響大接地系統(tǒng)的整體電阻和均勻分流。

（7）在這個無窮大接地極系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，極址作用幾乎沒有，新直流工程可以考慮取消專用極址，在基建時用導(dǎo)電性能良好的接地極線串聯(lián)各塔，用絕緣銅線（避免電流直接經(jīng)鐵塔入地）直接將接地極線和地線引入每基塔地網(wǎng)，并考慮部分換流站側(cè)接地極線銅引線串聯(lián)電阻，強(qiáng)制分流更加均勻。

（8）以上方式完全接地后，接地極電流平衡保護(hù)失效。接地極線路發(fā)生單相斷落故障無法切除，有必要對其風(fēng)險作進(jìn)一步評估。

3 結(jié)論

興安直流接地極線路完全接地是一種解決興安直流雷擊導(dǎo)致雙極相繼閉鎖故障的思路，有必要進(jìn)行進(jìn)一步研究。對于新建直流工程，可以此為思路，研究更佳的配置方案。

[1]興安直流線路730雷擊故障導(dǎo)致雙極相繼閉鎖原因分析及反措初探[R].北京：清華大學(xué)，2008.

[2]廣東省電力設(shè)計研究院.±500 kV興安直流共塔段接地極線另辟路徑單獨架設(shè)的專題報告[R].廣州：廣東省電力設(shè)計研究院，2008.

[3]張建設(shè)，韓偉強(qiáng)，黃立濱.興安直流雙極閉鎖反事故措施實時仿真研究[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2008，2（4）：83-87.

[4]歐開健，韓偉強(qiáng)，黃立濱.興安直流接地極不平衡保護(hù)電流定值問題仿真試驗研究[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2008，2（4）：98-99.

[5]張鵬，林睿，陳立.興安直流系統(tǒng)一起雙極跳閘事故分析[J].電力系統(tǒng)自動化，2009，33（2）：108-111.

[6]劉森，李揚.興安直流“5.5”雙極相繼閉鎖事件及保護(hù)動作行為分析[J].電力建設(shè)，2009，30（4）：57-60.

[7]王海軍，呂鵬飛，曾南超，等.貴廣直流輸電工程直流線路故障重啟動功能研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2006，（23）：36-39.

[8]陶瑜，龍英，韓偉.高壓直流輸電控制保護(hù)技術(shù)發(fā)展的探討[J].電力建設(shè)，2008，29（1）：27-31.

[9]袁濤，司馬文霞，李曉莉.兩種常見接地極電流分布的探討[J].高電壓技術(shù)，2008，34（2）：30-33.

[10]郭劍，陸家榆.直流接地極結(jié)合均流系統(tǒng)的計算模型與求解[J].中國電機(jī)工程學(xué)報，2008，28（19）：3-8.