杨晓芳
国网山西省电力公司检修分公司 山西省太原市，030000
摘要：特高压换流站接地极由于地处偏远、通信不便，无人值守等诸多不利因素的影响，需要配置接地极在线监测系统，以保证运行人员能随时掌握接地极的运行状态[1]。接地极在线监测系统包含接地极的极址区安防系统、设备红外在线测温、入地电流监测、运行安时数监测、环境监测、开关位置监测等现场设备的数据监测[2]。这些设备正常工作时都需要接地极在线监测系统配置电源系统为其供电。
关键词：换流站；接地；在线监测
1 引言
当前接地极在线监测供电方案包括380 V外引电源方案、10 kV外引电源方案、风/光储能电源方案等。针对各接地极实际情况,如何选择不同接地极在线监测电源方案,对后续特高压接地极在线监测系统的设计具有积极参考意义。
2 供电方案需求分析
接地极在线监测系统包含入地电流监测、开关位置监测、安防系统、环境监测、跨步电压监测等极址区现场设备的数据监测。
接地极的极址区极址中心区设备用电既有直流负荷，也有交流负荷。当接地极在线监测系统采用高电压等级外引电源供电时，还存在相应高低压开关柜操动机构的供电。极址中心区直流负荷总计约为2kW，交流负荷总计约2～3 kW。接地极极环区设备包括入地电流监测设备、环境监测设备等。该部分监测设备用电主要为直流负荷，负荷较小，总计几百瓦。
由于接地极在线监测系统极址负荷较小，故供电方案不需要采取35 kV以上外引高压交流专线电源供电，实际可行的供电方案包括10 kV及以下电压等级外引电源方案、风/光储能电源方案等形式。
3 外引电源方案
3.1 外引电源方案接入形式
当接地极在线监测系统对供电可靠性要求较高，且用电负荷相对较大时，供电方案宜采用外引电源方案。特别是当接地极在线监测系统包含接地极差动保护功能时，由于差动保护装置需要冗余电源，且对电源供电可靠性要求很高，接地极的极址电源系统必须采用外引电源供电。
由于接地极在线监测系统设备的总负荷容量并不大，外引电源接入方案只需采用10 kV及以下电压等级。具体来说可采用如下三种接线方案。
（1)10 kV线路T接。10 kV外引电源线路T接方案从接地极的极址附近变电站就近T接10 kV架空线路至极址中心区的直供电源模式。
10 kV线路T接点由于距离接地极的极址较近，架杆放线建设成本较低，当接地极在线监测系统可靠性无特殊要求时，采用外引电源10 kV线路T接是经济可行的方式。
（2）外引10 kV专线引接。10 kV专线引接的10 kV电源直接从变电所10 kV专线引出，与外引10kV线路T接相比更可靠。但变电所10 kV专线较10kV T接线路而言，一般离接地极的极址较远，架杆放线建设成本高。当接地极在线监测系统对供电可靠性要求很高时，可采用外引10 kV专线引接方式。
（3）外引380 V专线引接。外引380 V专线引接通过从就近低压变电所引接380 V可靠电源，通过电线或电缆将380 V电源引入接地极的极址对极址设备供电。该方案可以省掉外引10 kV电源引接需要的箱式变压器投资。但可靠性较差，电压压降损失明显，难以保证供电电压需求。只有当接地极在线监测系统可靠性要求不高时，可考虑外引380 V专线引接方式，但一般不建议单独采用。
3.2 外引电源方案设备配置
当接地极采用10 kV T接或专线引接10 kV外部电源时，通常在极址中心区配置预制舱。预制舱内放置包括10 kV干式变压器、开关柜、直流系统、UPS、蓄电池、监视测量屏柜以及通信设备等在线监测系统设备。
3.3 直流电源系统配置
由于极址区设备包含直流供电设备，为给直流供电设备提供直流供电电源，需配置直流电源系统。直流电源系统典型方案配置包括一组充电机一组蓄电池方案和三组充电机二组蓄电池方案。三组充电机二组蓄电池方案主要用于包含接地极差动保护功能的接地极在线监测系统。
接地极的极址直流设备负荷较小，通常在2 kW以内。考虑到接地极的极址区域面积有限，不宜放置过多的蓄电池，直流电源系统电压等级可取110 V。直流电源系统蓄电池可选用阀控式密封铅酸蓄电池,贫液式。事故放电时间按2小时考虑。
为提高接地极的极址设备交流负荷供电可靠性，接地极在线监测电源系统通常考虑配置一定容量的UPS，以便在外引电源掉电的情况下，接地极的极址监测系统重要交流设备如红外测温设备、安全防护设备仍能正常运行一段时间。
4 风/光储能电源方案
接地极在线监测系统除了采用外引电源方案外，还可以采取风/光储能电源方案。风/光储能电源方案为偏远无电地区在线监测装置的供电提供了经济可行而且较为可靠的解决方案。
4.1 风/光储能电源方案系统组成
风/光储能电源系统主要由太阳能电池板、风力发电机、太阳能风能充电控制器、蓄电池组成。
太阳能发电利用光伏效应原理，将太阳辐射能量直接转换成电能。白天在太阳的照射下，光伏发电部分利用太阳能电池板的光伏效应将光能转换为电能，然后对蓄电池充电。而风力发电部分是利用风机将风能转换为机械能，通过风力发电机将机械能转换为电能，再通过风/光互补控制器对蓄电池充电[7]。
4.2 风/光储能电源方案系统布置
风/光储能电源系统风机可安装于接地极中心塔杆塔顶端，以便为风机提供足够的风力。由于极址中心区设备供电负荷较大，极址中心区还需安装大功率太阳能电池板以及相关大容量蓄电池。太阳能板需立支架安装，整体支架基础埋深需足够，以保证太阳能板支架安装稳固牢靠，确保太阳能电池板在大风情况下安全稳定运行。
大容量电池组埋设于极址中心区适当位置。埋设完后需加装防冻措施。在电池组外护盒盒体加装一层保温材料，以确保在极寒天气条件下电池正常运行。
另外，风/光储电源系统控制器、电源逆变器可随接地极测量通信装置集成安装。由于不含干式变、且由于蓄电池外放，风/光储电源系统接地极中心区设备不多，可将相关电源、测量通信装置放置于接地极中心区的定制设备箱布置。
5 结语
（1）接地极在线监测极址中心区加上极环区设备负荷一般较小，只需采用10 kV及以下电压等级外引电源方案、风/光储能电源方案等形式。（2）接地极在线监测系统外引电源方案供电可靠性高，系统运行稳定。外引电源方案分为10 kV线路T接、变电所10 kV专线引接、附近区域380 V引接等方案。其中，380 V低压供电方案不建议单独采用。推荐采用10 kV线路T接方案，当10 kV专线离接地极很近且建设成本在可接受范围内，也采取10 kV专线引接方案。（3）当接地极在线监测系统引接电源距离接地极的极址较远，架线征地成本较大，可考虑采用风/光储能电源方案。配置风/光储能电源系统的接地极的极址区域，太阳能、风力资源需较为丰富。风/光储能电源系统方案设备采购及建设成本较低，但受天气变化影响较大，供电可靠性相对较低。
接地极在线监测系统需根据各接地极的具体情况综合考虑后选择适合的电源方案。
参考文献
[1]王彪,王渝红,丁理杰,熊萍,李兴源.高压直流输电接地电极及相关问题综述[J].电力系统及其自动化学报,2012,24（01):66-72.
[2]王玮,倪平浩,唐琪,刘平竹.特高压直流输电接地极在线监测系统设计[J].北京交通大学学报,2016,40（02):85-89.
[3]谢兴利,贾东瑞.特高压直流换流站接地极站用电源方案研究[J].电工技术,2016（12):51-52.
[4] DL/T 5044-2014,电力工程直流电源系统设计技术规程[S].北京:国家能源局,2014.