王 彪， 王渝紅， 丁理杰， 熊 萍， 李興源

(1.四川省電力科學(xué)研究院， 成都 610072； 2.四川大學(xué)電氣信息學(xué)院， 成都 610065)

高壓直流輸電接地電極及相關(guān)問題綜述

王 彪1， 王渝紅2， 丁理杰1， 熊 萍2， 李興源2

(1.四川省電力科學(xué)研究院， 成都 610072； 2.四川大學(xué)電氣信息學(xué)院， 成都 610065)

文中介紹了接地的基本概念，分析了入地電流、跨步電壓、最大允許溫升以及直流接地極壽命；指出在設(shè)計(jì)直流接地極時(shí)，應(yīng)考慮土壤電阻率、接地極型式以及接地參數(shù)的計(jì)算等方面的問題；闡述了直流接地電流對(duì)變壓器直流偏磁的影響，并提出了抑制措施,如采用深層接地技術(shù)，變壓器交流出線串聯(lián)電容器，在變壓器中性點(diǎn)裝設(shè)抑制直流電流的裝置等；最后分析了高壓直流輸電系統(tǒng)的共用接地極模式。

接地； 高壓直流接地極； 接地參數(shù)； 直流偏磁； 高壓直流輸出

直流輸電大地回線方式的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，但單極大地回線運(yùn)行方式時(shí)，直流接地極的入地電流達(dá)數(shù)千安，強(qiáng)大的直流電流持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間流過接地極，會(huì)產(chǎn)生一系列的負(fù)面效應(yīng)：極址大地電位升高，地面跨步電勢(shì)和接觸電勢(shì)升高，威脅人畜的安全；對(duì)附近地下金屬管道和電力系統(tǒng)接地網(wǎng)產(chǎn)生腐蝕；電極發(fā)熱導(dǎo)致土壤導(dǎo)電性能變差，威脅接地極的穩(wěn)定運(yùn)行等。我國高壓直流輸電受端通常在重負(fù)荷區(qū)，應(yīng)尤其重視直流接地極的負(fù)面效應(yīng)。

為了給直流接地極的設(shè)計(jì)提供一些參考，本文總結(jié)了直流接地極的設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)依據(jù)，提出了直流接地極對(duì)直接接地變壓器直流偏磁的影響，總結(jié)了幾種直流偏磁的抑制措施，最后分析了高壓直流輸電系統(tǒng)共用接地極模式，并指出共用接地極模式的優(yōu)點(diǎn)，是一個(gè)值得重視的課題。

1 接地的基本概念

接地是指電氣系統(tǒng)的某些節(jié)點(diǎn)或電氣設(shè)施的某些導(dǎo)電部分與地(包括大地、或范圍比較廣泛、能用來代替大地的等效導(dǎo)體)之間的電氣連接。在國家標(biāo)準(zhǔn)DL/T621-1997《交流電氣裝置的接地》中定義為：將電力系統(tǒng)或建筑物中電氣裝置、設(shè)施的某些導(dǎo)電部分經(jīng)接地線連接至接地極。

接地的目的是利用地作為傳導(dǎo)電流回路的一個(gè)元件，從而在正常、事故或遭受雷擊的情況下將電氣連接處的電位固定在某一允許的范圍內(nèi)，以保證人身和設(shè)備安全，維護(hù)系統(tǒng)和設(shè)施安全可靠運(yùn)行。電氣連接處與地相接觸的導(dǎo)體稱為接地體，電氣設(shè)備與接地體之間的電氣連線稱為接地引線，接地極引線和接地體統(tǒng)稱為接地裝置。

2 高壓直流接地極的設(shè)計(jì)原則[2，3]

一般HVDC系統(tǒng)有單極、雙極和同極這三種運(yùn)行模式，特別是當(dāng)系統(tǒng)單極和同極大地回線運(yùn)行時(shí)，HVDC的接地極不僅要鉗制HVDC系統(tǒng)中性點(diǎn)電位，還要為直流電流提供通路。直流輸電大地回線運(yùn)行方式，接地極流過的電流一般是以千安計(jì)算，電流值較大，且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，其所產(chǎn)生的負(fù)面效應(yīng)是不可忽視的，對(duì)直流接地極的設(shè)計(jì)有著特殊的要求。

2.1 入地電流

接地極的入地電流分為正常額定電流、最大過負(fù)荷電流、最大短時(shí)電流和不平衡電流。正常額定電流是決定接地極溫升和使用壽命的主要參數(shù)。

(1)單極大地回線方式：入地電流等于系統(tǒng)的額定電流，即

Ie=Id

(1)

(2)雙極方式：流入接地極的持續(xù)電流Ie是正、負(fù)換流閥的不平衡電流

Ie=Id1-Id2

(2)

Ie既可能是正極性的，也可能是負(fù)極性的。

(3)同極聯(lián)絡(luò)線方式：入地電流Ie是雙極額定電流之和，即

Ie=Id1+Id2

(3)

最大過負(fù)荷電流是指直流輸電系統(tǒng)在最高環(huán)境溫度時(shí)，能在一定時(shí)間內(nèi)可輸送的最大負(fù)荷電流，一般取為額定電流的1.1倍。最大短時(shí)電流是指當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，流過接地極的暫態(tài)過電流，一般取為正常額定電流的1.5倍，持續(xù)時(shí)間為數(shù)秒。在設(shè)計(jì)接地極時(shí)，該電流主要用于控制計(jì)算地面最大跨步電壓。不平衡電流指雙極運(yùn)行時(shí)，兩極電流之差。

2.2 跨步電壓

由于大地并非良導(dǎo)體，因此電流自接地極經(jīng)周圍土壤散流時(shí)，極址電位會(huì)上升，土壤中有壓降。不同地點(diǎn)，跨步電壓是不同的。設(shè)計(jì)接地極時(shí)，更感興趣的是計(jì)算出最大跨步電壓，確認(rèn)接地極是否符合要求。理論分析和實(shí)測(cè)表明[4]：對(duì)于圓環(huán)形電極，最大跨步電壓發(fā)生在圓環(huán)電極正上方，特別是引流接線處。對(duì)于直線形的電極，最大跨步電壓發(fā)生在電極端點(diǎn)正上方。我國現(xiàn)行《高壓直流接地極技術(shù)導(dǎo)則》為：直流接地極在最大短時(shí)工作電流時(shí)的最大允許跨步電壓為2.5 V。該標(biāo)準(zhǔn)過高，一般工程很難滿足這個(gè)要求[5]。美國EPRI根據(jù)人手感到輕微刺痛感覺的直流電流，推薦直流接地極最大允許跨步電壓值計(jì)算式為

Ek=5+0.03ρs

(4)

式中，ρs為表層土壤電阻率。

2.3 最大允許溫升

如果土壤溫度超過100 ℃，土壤中的水將會(huì)較快的被蒸發(fā)驅(qū)散，從而容易導(dǎo)致接地極故障。對(duì)某一特定點(diǎn)，其溫度與環(huán)境溫度、土壤熱特性和電流持續(xù)時(shí)間有著密切的關(guān)系。入地電流及其持續(xù)時(shí)間是由系統(tǒng)決定的，土壤熱特性和環(huán)境溫度是一定的，控制土壤的最高溫度實(shí)際是控制土壤的最大溫升，土壤的最大溫升應(yīng)該是水的沸點(diǎn)溫度(為安全起見，一般取90 ℃～95 ℃)與最高環(huán)境溫度之差。

2.4 使用壽命

影響接地極使用壽命的主要原因是饋電材料溶解——電腐蝕。當(dāng)直流電流通過電解液時(shí)，在電極上將產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)：電解液中的正離子移向陰極，在陰極和電子結(jié)合而進(jìn)行還原反應(yīng)，負(fù)離子移向陽極，在陽極給出電子而進(jìn)行氧化反應(yīng)，即產(chǎn)生電腐蝕。陽極電腐蝕量不僅與材料有關(guān)，還與電流和作用時(shí)間之乘積成正比。計(jì)算電極壽命時(shí)，一般應(yīng)考慮單極運(yùn)行、計(jì)劃停運(yùn)、不平衡電流等因素。為了確保接地極在規(guī)定的運(yùn)行年限里正常運(yùn)行，在接地極設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)留有一定的裕度。

3 接地極的設(shè)計(jì)

3.1 土壤電阻率的測(cè)試

為了正確合理地設(shè)計(jì)接地裝置，需要知道極址的土壤電阻率，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量土壤電阻率的方法是以穩(wěn)定電流場(chǎng)理論為基礎(chǔ)的。由于土壤結(jié)構(gòu)的復(fù)雜以及含水量的不同等原因，土壤電阻率可能在很大的范圍內(nèi)發(fā)生變化，用取樣的方法獲得大地電阻率不可行。通常采用的方法是四極法(又稱winner法)。

四極法確定電阻率的基本原理是：將4根電極在一條直線上按等間距a打入地下，為了使打入地下的電極不影響地中電流分布，電極打入地下的深度應(yīng)滿足h≤a/20。外側(cè)的兩個(gè)電極C1、C2為電流極，與電源串聯(lián)，用電流表A測(cè)量入地電流，內(nèi)側(cè)的兩個(gè)電極P1、P2為電壓極，與電壓表相連，由于C1和C2流入和流出的電流均為I，根據(jù)點(diǎn)電源電極附近的電位計(jì)算公式，可計(jì)算P1和P2點(diǎn)的電位為

(5)

則P1和P2兩極之間的電位差，即電壓表的讀數(shù)為

(6)

則土壤的電阻率為

(7)

式中，ρa(bǔ)代表離地面深度為a的土壤層的視在電阻率。

四極法操作簡(jiǎn)單，便于掌握，在土壤分布均勻的情況下，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確。Winner法不僅要求探針極距相等，而且要求布置在一條直線上。但由于高壓直流輸電工程中需要測(cè)量的范圍廣，測(cè)量極距大，測(cè)量點(diǎn)數(shù)目多，探針的布置容易受到房屋和溝渠，農(nóng)作物等的限制，一般采用不等距Winner四極法測(cè)量土壤視在電阻率。

根據(jù)測(cè)量的視在電阻率可以得到土壤的分層結(jié)構(gòu)模型。目前開發(fā)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)IntelliGAS可以用于接地極址的地質(zhì)結(jié)構(gòu)分析[6]。

3.2 接地參數(shù)的計(jì)算

接地參數(shù)的計(jì)算分為如下兩個(gè)階段[6～7]。

1)傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單公式或經(jīng)驗(yàn)公式

應(yīng)用這些公式計(jì)算接地電阻的前提是假設(shè)土壤為均勻介質(zhì)，接地體形狀是規(guī)則的幾何體，入地電流在階梯上均勻分布，用解析法進(jìn)行推導(dǎo)計(jì)算。

水平接地極

(8)

垂直接地極

(9)

圓環(huán)行接地極

(10)

當(dāng)上述前提條件不滿足時(shí)，用這種方法計(jì)算可能會(huì)導(dǎo)致危險(xiǎn)的結(jié)果或設(shè)計(jì)過度。

2)數(shù)值計(jì)算、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

隨著計(jì)算機(jī)的應(yīng)用日趨廣泛，有限差分、有限元法、邊界元法等一些場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算方法相繼產(chǎn)生和改進(jìn)，并逐漸引入到接地參數(shù)的計(jì)算中。

接地參數(shù)計(jì)算是基于恒定電流場(chǎng)理論，具體計(jì)算步驟為：將接地體分為不同的微分段，計(jì)算各段的泄漏電流，再由各微段的泄漏電流解出所求點(diǎn)的電位[7，9]。各種計(jì)算方法的不同點(diǎn)在于求解電阻系數(shù)和沿電極泄漏電流的密度分布的計(jì)算精度、計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)短、占用計(jì)算機(jī)的內(nèi)存等的差別。

3.3 接地極型式的選擇

接地極電流分布的均勻程度對(duì)于保證接地極安全運(yùn)行和降低造價(jià)有著十分重要的作用。如果電流分布嚴(yán)重不均，可能導(dǎo)致局部電流密度過高，引起局部溫度過高，腐蝕嚴(yán)重和跨步電壓過高等。因此進(jìn)行接地極設(shè)計(jì)時(shí)力求電流密度分布均勻。

電流分布與電極形狀、土壤電阻率的大小及其分布有著密切的關(guān)系。直線型接地極極體溢流密度和電位分布沿極體軸向明顯不均勻，溢散電流集中于注入點(diǎn)及極體首末兩端附近[10]。圓環(huán)接地極由于電極間的屏蔽效應(yīng)，在相同電極長(zhǎng)度下單圓環(huán)電極的最高電位升、接地電阻、最高溫升和最大跨步電壓最小。雙圓環(huán)次之，三圓環(huán)最大[11]，所以條件允許時(shí)應(yīng)盡量采用單圓環(huán)。

適當(dāng)增加接地極導(dǎo)體半徑和合適的電流注入位置均能優(yōu)化設(shè)計(jì)，改善接地性能。 在選擇接地極形狀時(shí)應(yīng)遵循以下基本原則。

(1)力求使電流分布均勻：一般應(yīng)優(yōu)先選擇單圓環(huán)形電極，其次是多個(gè)同心圓環(huán)形電極，增大散流面積和散流均衡度。

(2)充分利用極址場(chǎng)地：其實(shí)質(zhì)也是增加電流的散流面積，減小電流密度。

(3)盡可能對(duì)稱分布：電流對(duì)稱與有利于導(dǎo)流系統(tǒng)布置，提高均衡度和可靠性。

3.4 接地裝置的腐蝕及其防護(hù)

地網(wǎng)導(dǎo)體在土壤中腐蝕的主要原因是由于導(dǎo)體表面的物理化學(xué)性質(zhì)不均勻，或是與不同材料的導(dǎo)體相鄰近或接觸，和土壤中的電解質(zhì)溶液構(gòu)成原電池而引起的。

接地網(wǎng)故障診斷的基本原理是測(cè)量接地網(wǎng)及端點(diǎn)之間的電阻值，并根據(jù)該電阻測(cè)量值和給定接地網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，應(yīng)用適當(dāng)?shù)挠?jì)算方法求出接地網(wǎng)每一段導(dǎo)體的計(jì)算值，根據(jù)兩者的比值大小判斷導(dǎo)體腐蝕或斷裂的情況，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)接地網(wǎng)故障的診斷。實(shí)用的診斷系統(tǒng)由故障診斷數(shù)據(jù)測(cè)量裝置和故障診斷應(yīng)用軟件組成，現(xiàn)已開發(fā)變電站接地系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)IntelliCDS[6]。

為了防護(hù)地網(wǎng)導(dǎo)體免遭腐蝕，應(yīng)當(dāng)設(shè)法消除形成腐蝕原電池的各種條件或盡量減緩其極化反應(yīng)速度。主要的防護(hù)辦法有：

(1)正確選用導(dǎo)體材料：我國一般采用鍍鋅鋼為地網(wǎng)導(dǎo)體材料；

(2)合理設(shè)計(jì)：盡量采用圓鋼，少用扁鋼；盡量避免將電極電位相差較大的金屬導(dǎo)體相連或靠近，減小腐蝕速度；

(3)采用電化學(xué)方法：采用陽極保護(hù)或陰極保護(hù)等；

(4)用覆蓋層保護(hù)：用耐腐蝕性強(qiáng)的金屬或合金將容易腐蝕的金屬完全覆蓋起來，如銅包鋼，鍍鋅鋼等；用油漆、瀝青和塑料等將導(dǎo)體與電解質(zhì)溶液隔離開來；

(5)用緩蝕劑：在土壤中加入緩蝕劑可以使陽極過程或陰極過程減慢，降低導(dǎo)體的腐蝕速度。

3.5 接地極引線的設(shè)計(jì)

為了減小直流接地極電流對(duì)換流站接地網(wǎng)的影響，目前所有遠(yuǎn)距離送電直流工程都將工作接地的接地極建在遠(yuǎn)離換流站的地方。換流站保留以安全接地為主的接地網(wǎng)。但是接地極址離換流站越遠(yuǎn)，接地極引線越長(zhǎng)，造價(jià)越高。我國《導(dǎo)則》將這個(gè)距離定為10 km。實(shí)際工程中，受接地極選址的影響，一般基地機(jī)制里換流站的距離大于此值。

接地極引線將直流電流引入接地體。加在接地極引線上的電壓實(shí)際上是入地電流在接地極及其線路上形成的壓降。接地極線路導(dǎo)線截面的選擇不按送電線路常用的經(jīng)濟(jì)電流密度來考慮，只需按照最嚴(yán)重的運(yùn)行方式來校驗(yàn)熱穩(wěn)定條件。

接地極引線電壓不高，但輸送容量大，設(shè)計(jì)時(shí)氣象條件需按110～220 kV送電線路標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇。接地極引線屬于低絕緣線路，卻非常重要，因此沿全線架設(shè)一根地線，采用兩片絕緣子，保護(hù)角不大于30°，基本能起到防雷保護(hù)作用。

3.6 接地電阻的測(cè)試

接地電阻測(cè)量是接地系統(tǒng)驗(yàn)收過程中檢查其合格與否的重要手段，也是在運(yùn)行過程中檢驗(yàn)接地系統(tǒng)在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)能否發(fā)揮作用的重要措施。

當(dāng)測(cè)量電流I注入被測(cè)接地網(wǎng)，向無窮遠(yuǎn)處流散時(shí)，地網(wǎng)相對(duì)于無窮遠(yuǎn)處的電壓與測(cè)試電流的比值即為接地網(wǎng)的接地電阻R。然而，輔助電極P不可能布置在無窮遠(yuǎn)處，無法測(cè)量地網(wǎng)相對(duì)于無窮遠(yuǎn)處的電位。需要在有限遠(yuǎn)處布置一個(gè)輔助電極C，與地網(wǎng)形成回路。當(dāng)測(cè)試電流從C流回電源，地面電位發(fā)生了畸變，地網(wǎng)相對(duì)于無窮遠(yuǎn)處地電位有所降低。此時(shí)需要將電壓極布置在某一點(diǎn)上補(bǔ)償?shù)鼐W(wǎng)上的電位降落。目前最常用的是0.618法和29°夾角法。0.618法也稱直線補(bǔ)償法，當(dāng)直線布置電壓極和電流極時(shí)，當(dāng)電壓極離接地體的距離d12為電流極離接地體E的距離d13的61.8 %時(shí)，可以測(cè)量接地體E的實(shí)際接地電阻。29°夾角法也稱為夾角補(bǔ)償法，當(dāng)電壓極和電流極離接地體的距離相等時(shí)(d12=d13)，可以測(cè)量到接地體的實(shí)際電阻值[1]。

4 直流接地體的研究問題和現(xiàn)狀

4.1 接地極直流對(duì)變壓器的影響

110 kV及以上電壓等級(jí)的系統(tǒng)為保證安全運(yùn)行，一般都將變壓器中性點(diǎn)直接接地。當(dāng)幅值高達(dá)幾千安的直流電流經(jīng)接地極進(jìn)入大地后，一部分電流可能通過變壓器直接接地的中性點(diǎn)，經(jīng)由交流輸電線路流至線路另一端變壓器中性點(diǎn)，并經(jīng)中性點(diǎn)入地形成回路，在兩端變壓器中內(nèi)產(chǎn)生直流磁通，如圖1所示。

圖1 直流輸電大地回線方式直流電流流通路徑

電力變壓器鐵芯磁通Φ(t)與勵(lì)磁電流之間呈非線性關(guān)系。直流電流的偏磁影響，可能使勵(lì)磁電流工作在鐵芯磁化曲線的飽和區(qū)，導(dǎo)致勵(lì)磁電流的正半波出現(xiàn)尖峰，如圖2所示。此時(shí)勵(lì)磁電流含有的各次諧波，會(huì)使變壓器噪聲增加、鐵芯溫度升高、損耗增加以及產(chǎn)生其他一些裝置方面的問題。變壓器非正常的運(yùn)行可能會(huì)造成變電站、發(fā)電廠的不安全運(yùn)行，220 kV和500 kV網(wǎng)絡(luò)的交流諧波電壓會(huì)增加較多，電壓諧波畸變可能會(huì)影響其他裝置的運(yùn)行，損壞變壓器，甚至引起整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的癱瘓[12～20]。

對(duì)于不影響變壓器正常工作的直流電流控制指標(biāo)國外提出了多種估算方法，一般認(rèn)為繞組中流過的直流電流應(yīng)控制在空載勵(lì)磁電流的2倍以內(nèi)。我國《高壓直流接地極技術(shù)導(dǎo)則》中規(guī)定，通過變壓器繞組中的直流電流應(yīng)不大于額定電流的0.7%。另一種方法是根據(jù)各變壓器的勵(lì)磁特性曲線，采用計(jì)算程序計(jì)算不同直流偏磁對(duì)變壓器的影響，進(jìn)而確定變壓器允許通過的直流電流的限值[3]。

圖2 直流電流對(duì)變壓器勵(lì)磁電流的影響

4.2 變壓器直流偏磁的抑制措施

文獻(xiàn)[15]使用矩量法分析復(fù)雜大地結(jié)構(gòu)中的由直流接地極、交流變電站接地網(wǎng)及其它埋在金屬管道構(gòu)成的多接地系統(tǒng)所產(chǎn)生的地中電流場(chǎng)，并用電路理論將多接地系統(tǒng)與地上的交流輸電網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來。該方法可以用來預(yù)測(cè)問題變電站、有針對(duì)性的分析造成流過變壓器直流電流過大的原因。

為減小直流接地極電流的影響，實(shí)際工程較少采用同極大地回路運(yùn)行方式，盡量減小單極大地回線運(yùn)行方式，或在設(shè)計(jì)是避免直流電流直接入地的接線方式。

設(shè)計(jì)時(shí)可以合理安排交流變壓器的接地點(diǎn)和接地方式，調(diào)整變電所接地位置；對(duì)于新造的電力變壓器要求廠家滿足直流偏磁方面的要求。

當(dāng)計(jì)算變壓器直流值大于允許值時(shí)，還可以采取如下措施。

(1)深層接地技術(shù)：直流接地極穿透土壤層和巖層，安放在地殼深層具有良好導(dǎo)電性能的地層中，減小地表壓降對(duì)交流電網(wǎng)的影響。

(2)受端接地極隨直流架空線路避雷線返回到適當(dāng)點(diǎn)再接地。這樣可以沿直流線路找到合適的入地點(diǎn)，遠(yuǎn)離發(fā)電廠、變電站接地網(wǎng)。

(3)將直流架空線的避雷線作為兩端中性母線間的連接線，相當(dāng)于增加一條線路。其優(yōu)點(diǎn)有：可取消兩端換流站的接地極，在一極故障停運(yùn)時(shí)提供回路。缺點(diǎn)是：增加了直流線路一次投資造價(jià)。

(4)變壓器交流出線串聯(lián)電容器：必須在所有交流出線上裝設(shè)電容器阻斷直流電流通路。但是電容器裝設(shè)在高壓線路上，成本較高，系統(tǒng)可靠性也降低了。

(5)在變壓器中性點(diǎn)裝設(shè)抑制直流電流的裝置。

①注入反相直流電流：這種方法主要是在變壓器中性點(diǎn)串入一個(gè)直流電流源，根據(jù)檢測(cè)到的竄入直流電流值，動(dòng)態(tài)調(diào)整該電壓源設(shè)置，實(shí)時(shí)提供反相直流電流，達(dá)到減小直流偏磁的目的。這種方法很大程度上依賴于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，反相電流也應(yīng)該被監(jiān)測(cè)和調(diào)整以適應(yīng)新的系統(tǒng)要求。同時(shí)這種裝置復(fù)雜昂貴，系統(tǒng)可行性尚需檢驗(yàn)。

②中性點(diǎn)串聯(lián)合適的電阻：隨著串聯(lián)電阻值的增大，變壓器中性點(diǎn)的直流電流會(huì)減小。并聯(lián)氣隙對(duì)串聯(lián)電阻進(jìn)行保護(hù)，當(dāng)過電壓超過一定數(shù)值，將擊穿氣隙，過電流流過氣隙而將電阻保護(hù)起來。但是故障時(shí)變壓器的中性點(diǎn)會(huì)有較大的故障電流，中性點(diǎn)串聯(lián)電阻將會(huì)增加變壓器中性點(diǎn)的對(duì)地電位。因故障電流的變化，還須重新調(diào)整繼電保護(hù)裝置的整定值，以保證保護(hù)能在故障時(shí)準(zhǔn)確動(dòng)作。

③串聯(lián)電容：變壓器中性點(diǎn)串聯(lián)電容，并采用各種方法對(duì)電容器進(jìn)行旁路保護(hù)，如火花間隙、變阻器、避雷器等。當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，中性點(diǎn)串聯(lián)電容將直流電流隔斷，并允許三相不平衡交流電流通過。暫態(tài)過程時(shí)，電容器電壓迅速升高，并聯(lián)保護(hù)裝置啟動(dòng)將電容旁路，及時(shí)泄放故障電流，避免出現(xiàn)中性點(diǎn)過電壓與其他兩種措施相比，中性點(diǎn)串聯(lián)電容是比較有效的。

4.3 高壓直流輸電系統(tǒng)共用接地極模式分析

目前我國所建設(shè)的直流工程，均是一站一極型式，單極先投產(chǎn)或單極檢修的情況下才把大地作為回路，因此單極運(yùn)行時(shí)間較短，接地極利用率不高。為提高直流接地極利用率，鄰近多換流站共用接地極將是行之有效的方法。

采用共用接地極，除同極性單極運(yùn)行工況可能在極短時(shí)間內(nèi)對(duì)環(huán)境的影響較嚴(yán)重外，其他幾種運(yùn)行情況下，如流過接地極的電流、換流站中性點(diǎn)電位漂移和接地極電位升等與“一站一極”直流系統(tǒng)運(yùn)行情況是基本相同的。文獻(xiàn)[23，24]指出共用接地極的額定入地電流按額定電流值較大的直流電流與另一回路直流輸電系統(tǒng)的不平衡電流之和來考慮；出現(xiàn)兩回直流系統(tǒng)同時(shí)同極性單極大地回路運(yùn)行的幾率較小，如果出現(xiàn)，可通過調(diào)度限制直流功率或轉(zhuǎn)換運(yùn)行方式。

多換流站共用接地極可以減小接地極工程投資，降低選擇接地極址的難度，合理利用有限的土地資源，當(dāng)兩直流系統(tǒng)作異性單極大地回路運(yùn)行，可以消除或減小對(duì)交流系統(tǒng)以及環(huán)境的影響同時(shí)減小電能在線路上的損耗等。

5 結(jié)語

直流接地極屬于工作接地，接地極設(shè)計(jì)對(duì)于系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行十分重要，直流接地極的設(shè)計(jì)要注意以下幾點(diǎn)：

(1)直流接地極入地電流達(dá)幾千安，因此直流接地不同于一般的安全接地，對(duì)直流接地極的設(shè)計(jì)要特別注意它對(duì)環(huán)境的影響。

(2)設(shè)計(jì)接地極時(shí)要注意它對(duì)附近接地網(wǎng)、金屬管道的腐蝕作用和對(duì)直接接地變壓器的直流偏磁影響，并采取合理有效的措施。

(3)共用接地極模式是高壓直流輸電的新課題、新科技，應(yīng)給予足夠重視。

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王 彪(1985-)，男，工程師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)穩(wěn)定分析。Email:wblk-557@163.com

王渝紅(1971-)，女，高級(jí)工程師，碩士研究生，IEEE會(huì)員，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)穩(wěn)定與控制、高壓直流輸電等。Email:yuhongwang@scu.edu.cn

丁理杰(1981-)，男，工程師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)穩(wěn)定與控制。Email:ding_lijie@163.com

李興源(1945-)，男，教授，博士生導(dǎo)師，IEEE高級(jí)會(huì)員，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)分析、電力系統(tǒng)穩(wěn)定與控制等。Email:x.y.li@163.com

SummaryofHVDCGroundingElectrodeandRelatedIssues

WANG Biao1， WANG Yu-hong2， DING Li-jie1， XIONG Ping2， LI Xing-yuan2

(1.Sichuan Electric Power Research Institute, Chengdu 610072, China; 2.School of Electrical Engineering and Information, Sichuan University,Chengdu 610065, China)

Basic concepts of grounding are introduced in this paper. The earth current, the step voltage, the maximum allowable temperature rise and the grounding electrode life of high voltage direct current (HVDC) are analyzed. Main issues involved in designing HVDC grounding electrode are stated, such as soil resistivity test, grounding electrode type selection, and calculation of grounding parameters. The impact of HVDC grounding electrode on DC bias in transformer is expounded, and the corresponding suppression measurements are presented，such as the use of deep grounding technology, series capacitors at the AC outlet of transformer and installation of devices for DC current suppression at the neutral point of transformer, etc. Finally, the common grounding mode of HVDC transmission system is discussed.

grounding； HVDC grounding electrode； grounding parameter； DC bias； HVDC transmission

TM721.1

A

1003-8930(2012)01-0066-07

2011-10-24；

2011-11-15

國家自然科學(xué)基金資助重點(diǎn)項(xiàng)目(51037003)；四川省科技廳基礎(chǔ)應(yīng)用計(jì)劃(2010jy0018)；四川省電力公司科技項(xiàng)目