张作峰
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摘要：为解决高压直流输电工程常规接地极未能建成时直流双极投产问题,提出站内深井接地极和站外简易接地极的非常规接地极运行方案,并对接地极电气性能、人身安全、接地极发热、变压器直流偏磁和转移电位开展研究.主要结论如下:站内深井接地极方案具备技术可行性,但需采取隔离措施避免站内接地网感应较高的直流电位危及设备和人身安全;站外简易接地极方案在单极大地运行方式下跨步电压和接地极温升难以满足要求,应采取不平衡电流控制措施以保障接地极附近的设备和人身安全.
引言
我国电力工程自改革开放发展至今一直致力于大力发展，改革创新，已经取得非常不错的成就。接地极系统在高压直流输电系统中起着重要作用，它的主要作用是钳制中性点电位以及在单极大地回线方式运行时为直流输电系统提供回路，如果接地极线路发生故障时会对直流输电系统产生重要的影响，将直接威胁输电系统的安全和稳定。
（一）高压直流接地极电流场分布
1.1圆环型电极电流场分布
圆环型接地极电流溢流密度和电位分布整体比较均匀，不会出现局部电流严重集中的情况。馈电点处的电流溢流密度最高，2个馈电点间的电极中间位置溢流密度最低[4]；相对于直线型电极，圆环电极的最大溢流密度较小[1]。三圆环电极，外环上的溢流密度最大，内环次之，中环最小；外环正上方区域地面电位最大[2]。
1.2直线型电极电流场分布
水平直线型接地极适用于狭长的地形，在布置上比较灵活，而且可方便地分段或分支运行。直线型电极上电流溢流密度、电位分布很不均匀，整体呈“U”字型分布，端部最大溢流密度可比中部最小溢流密度大好几倍；电极端部的电位、端部上方的地面电位、跨步电势都比中部的高很多，最大跨步电压发生在电极端部正上方，端部以外，电位迅速下降[1]。
（二）发展方向
针对接地极监测存在的问题，本文提出以下的发展方向。
2.1完善监测参数
应用摄像头监视接地极外界环境，采集接地极外界环境图像，基于图像处理技术建立接地极物理环境数据模型；增加红外频谱采集传感器，获取以接地极电极为中心的环境温度实时梯度图和电解质液体动态流向图；同时利用互联网的开放性获取接地极区域宏观的气象信息，进行综合建模分析。
2.2建立接地极“三维流场”动态模型
以接地极形状和物理建设尺寸数据为基础建立接地极三维物理外观模型。以水位、温度和湿度为参变量，应用如复数镜像法、积分法和滤波法建立计算土壤分层辐射型电阻率模型的格林函数，以此为基础建立接地极的接地电阻分布模型。基于等效法以接地馈电电流为第一变量、接地电极属性值（外观尺寸、电阻率）为第二变量的接地电流场分布计算模型。
2.3现有接地极线路保护配置
（1）接地极线路不平衡保护，如果接地极线路流过较大电流，一旦一条接地极线路发生接地或开路，两条线路会出现比较大的差流。根据这一原理，接地极线路不平衡监测通过检测接地极线路电流(IDEL1和IDEL2)计算两条线路之间的差值以判断线路是否发生故障。一旦保护被触发，监控平台上将出现报警信息。
接地极阻抗监视策略，高压直流输电工程接地极线路采用双回并架的方式将双极不平衡电流输送至接地极，双回线路共用一套接地极线路阻抗监视系统
（2）现有接地极线路保护配置
接地极线路不平衡保护，如果接地极线路流过较大电流，一旦一条接地极线路发生接地或开路，两条线路会出现比较大的差流。根据这一原理，接地极线路不平衡监测通过检测接地极线路电流(IDEL1和IDEL2)计算两条线路之间的差值以判断线路是否发生故障。一旦保护被触发，监控平台上将出现报警信息。
（3）接地极阻抗监视策略，高压直流输电工程接地极线路采用双回并架的方式将双极不平衡电流输送至接地极，双回线路共用一套接地极线路阻抗监视系统，对线路故障状态进行检测。ELIS系统在换流站内向接地极线路注入13．95kHz的高频电流，同时对注入点的同频电压进行检测，并计算出接地极线路的阻抗。
2.4 接地极线路绝缘基础运行维护建议
（1）强化巡视检查工作，运行维护单位需要强化接地极线路绝缘基础的巡视检查工作，重点检查地脚螺栓有无松动，螺栓垫片及玻璃钢垫片有无松动及破损情况。如有松动，要及时紧固；如有破损，要及时更换。
（2）加强测量监测工作，基础对地绝缘电阻值是接地极线路绝缘基础运行维护中的重要参数，需要加强对该参数值的测量监测工作。当该值不满足标准要求，即当其小于500Ω时，说明基础对地绝缘受到破坏，需要及时处理。
（三） 高压直流输电技术发展前景
3.1 电压源换流器直流输电的应用前景
首先根据欧洲超级智能电网规划，随着可再生分布式电源的增加，引起输出功率波动加剧，需要电力的大范围分配来对区域功率波动进行平衡。此电网规划于2008年提出，目的不仅是对可再生能源进行充分利用，而且实现国家之间电力交易以及可再生能源的充分利用。
其次是根据美国2030电网规划来看，由于美国电网目前面临系统规模庞大、可靠性低、技术陈旧、新能源利用率低等问题。所以美国在2011年通过要进行海山风电的策略来提高可再生能源在电力系统中的占比，通过在未来进行超过60多条此种输电形式的线路建设，确保可再生能源占据全国电力能源超过80%的目标的实现。
再次是对于英国海山风电联网规划来说，其主要目的是实现可再生能源的大规模开发和利用，其规划为到2025年。其主要的计划就是在东海岸以及北海区域进行多个海上风电项目的建设和投入运行，并且未来要建设超过50条的此种输电形式的线路。
3.2高压直流输电技术发展趋势
在目前城市人口不断增加以及供电网的短路容量随之增加的形势下也使得电网运行中对故障概率不断增加，因此采用此技术可以避免电容电流以及短路容量的产生，对于确保城市电网运行的安全性，确保发电过程的环保、优质、高效以及廉价具有重要作用。最后是在市场化运作中的优势。此技术可以实现对电网电流传输的灵活控制，而且不会受到交流电网两端的影响，对环流以及潮流绕行等现象进行有效避免，对于提高电力市场的管理效率具有主要作用。此外，在我国西电东送的远距离输电过程中，此技术的应用以及电力市场的进一步开放，加之目前输变新材料的出现和直流输电设备成本的降低，高压直流输电技术的优势越来越明显，不断提高其在输电市场中的竞争力。
结语
高压直流输电系统架空接地极线路绝缘基础是预防基础电腐蚀，防止发生倒塔的重要措施。做好接地极线路绝缘基础的施工、运行检修工作需要由科研、设计、制造、施工、运行等单位共同努力，只有认真分析研究，重要细节，制定有效对策，采取综合治理的方式，才能达到预期效果。
参考文献
[1] 贾秀芳,马益锋,黄俊,等.牵引变电所地返回电流及接地网电位抬升研究[J].电力系统保护与控制,2012,(10).116-119,126.
[2] 成敬周,徐政.直流输电共用接地极线方式的保护特性[J].电力系统自动化,2012,(14).77-82.
［3］余江，周红阳，黄佳胤．接地极线路不平衡保护的相关问题研究［J］．南方电网技术，2008，2(3)：26－29．
［4］欧开健，韩伟强，黄立滨．兴安直流接地极不平衡电流保护定值问题仿真试验研究［J］．南方电网技术，2008，2(4)：98－100．