李元生 李果烽
内蒙古东部电力有限公司检修分公司±800千伏扎鲁特换流站
内蒙古通辽市 028000
摘要：接地极是高压直流输电的重要组成部分，其主要设备包括接地极电路、避雷器、隔离开关、汇流管母、馈电电缆、接地极体、监测设备等。直流输电系统在单极大地回路上运行时，会通过接地极与大地形成回路，直流电流会通过接地极流入大地，因此接地极在直流输电系统中起着重要作用。
关键词：直流输电；运行方式；接地极线路检修；直流电流分布；
针对共用接地极的高压输电系统在运行和检修过程中存在的问题，根据理论分析进行电流分布计算并分析了其影响因素，结果表明：接地极线路分流电流主要受共用接地极电阻、检修接地极线路电阻、检修接地位置及土壤状况等影响；另外，检修的接地极线路分流电流会进入换流站，可能会对换流变的直流偏磁产生影响，严重时会导致换流变饱和保护动作闭锁直流系统。
一、概述
随着特高压直流输电快速发展以及未来电网中直流电网的发展，直流输电中接地极的数量会大幅增加。一般为了减小直流单极大地回线入地电流对换流站设备、电网中变压器以及其他设施影响，需要将接地极引至距离换流站几十公里甚至上百公里的偏远位置，所以直流输电接地极的选址受限于诸多因素，比如地形、土壤状况等。从目前我国直流输电系统的分布来看，直流输电系统送端多位于山区，特别是在西南地区，地质条件恶劣；而受端均处于繁华地带，人口居住密集，这将给接地极选址造成困难。所以，随着直流输电的增多，多条直流共用接地极将是解决接地极址选取困难的有效措施。然而，多个高压直流输电系统共用接地极，虽然能解决接地极址选址困难问题，但是其在运行方式、检修安排等方面造成了许多不便，特别是共用接地极的任一直流输电系统在进行接地极线路检修时，可能会有电流经过安全接地流过检修的接地极线路进入换流站，对检修人员、设备以及换流变压器直流偏磁等造成危害。
二、共用接地极及线路检修时入地电流分布分析
直流输电系统的接地极及线路是直流输电工程的重要组成部分，需要像直流系统其他设备一样进行定期检修或临时消缺。共用接地极的直流系统由于受2个直流系统的相互影响，共用接地极及接地极线路的检修或临时消缺具有其特殊性。共用接地极在无电流和有电流2种运行方式下接地极线路检修时的电流分布情况不同。当共用接地极无电流时，直流电流不流过接地极线路，接地极线路检修只需将站内接地后，断开接地极线路后开展工作。但是一旦发生单极闭锁或一极降功率导致不平衡运行时，在检修的接地极线路中会产生电流，可能对检修人员造成风险。共用接地极有电流的各种不同运行方式下，对流过共用接地极的电流分布分析方法是基本一致的。
1.共用接地极检修。共用接地极址处检修时，需要将2个直流系统接地极线路与共用接地极隔离，如果接地极是年度检修那么最安全的方式是将2个直流输电系统停运，如果为临时检修或临时消缺，可采取运行的直流系统单极金属回线运行或利用站内接地双极平衡运行。
2.共用接地极线路检修。共用接地极线路需要进行定期或临时性的检修时，需将检修侧接地极线路与接地极址和直流输电系统断开电气连接。不管是定期检修还是临时性检修，对于检修的直流输电系统来说应运行于不提供电流流过共用接地极的方式，所以接地极线路检修的直流输电系统的运行方式不影响文中对检修时入地电流分布分析。
另外，在接地极线路检修时，非检修直流输电系统应该双极平衡运行或者单极金属回线运行，以避免有直流电流流经共用接地极对检修人员造成安全隐患，但是，不排除在检修过程中双极平衡运行的非检修直流输电系统会发生单极闭锁故障，使非检修系统运行于单极大地回线方式，导致有电流流经共用接地极。所以，分析以共用接地极的2个直流输电系统为例展开，一个直流输电系统的接地极线路需要临时检修，另一双极平衡运行的直流输电系统由于发生单极闭锁故障运行于单极大地回线方式。
直流输电系统A的接地极线路临时检修，直流输电系统A利用站内接地运行于双极平衡方式，直流输电系统B运行于极Ⅱ单极大地回线方式。
3.共用接地极线路检修时入地电流分布分析、根据等效电路可计算流过检修的接地极线路直流电流，以及流过换流变中性点直流电流。由基尔霍夫定律可得到检修线路电流I1如式(1)所示;
（1）
流过换流变中性点总电流可表示为式(2)。
（2）
从式(1)可以看出，由于接地极电阻R4和接地极线路电阻R2为已知，那么影响检修的接地极线路电流的为检修安全接地电阻R1、R3，等效电阻R5。R1、R3、R5越大，那么检修接地极线路分流电流越小，反之则越大。所以，如果在不考虑R1、R3、R5的情况下，以复奉特高压直流的复龙换流站和宾金特高压直流的宜宾换流站共用的共乐接地极为例，结合式(1)可以计算出相关的检修接地极线路分流电流最大值。在只考虑检修接地极线路电阻和接地极电阻时，检修的接地极线路分流电流很大。复奉特高压直流单极大地回线额定工况下运行，宜宾换流站接地极线路检修时，流过检修的接地极线路电流达到600 A左右；宾金特高压直流单极大地回线额定工况下运行，复龙换流站接地极线路检修时，流过检修的接地极线路电流达到900 A左右。在实际情况下，临时性检修时的检修接地等效电阻是存在的，这个等效电阻与接地位置、土壤状况等有关，难以给出准确数值，根据工程经验按照10Ω以内考虑。换流变和交流系统等效电阻R5也难以确定，其主要与交流系统有关，根据宾金特高压直流系统调试实测计算得到约为0.34Ω，所以估算其他直流输电的交流系统等效电阻应在此数量级内变化。RC由R3、R5决定，由于R5变化的数量级确定，检修接地等效电阻R3一般在站内接地，其值较小，近似于站内地网电阻，复龙站站内接地电阻为0.11Ω。所以，近似取R3=0.11Ω，R5=0.34Ω，RC=0.083Ω与检修接地等效电阻R1相比，RC对分流电流变化影响较小。在分析检修接地等效电阻对分流电流的影响时，接地极电阻取实际测量值0.254Ω，入地电流为5 000 A，根据式(1)计算，可得图4所示的检修接地等效电阻对分流电流影响趋势图。可以看出随着检修接地等效电阻的增大，检修的接地极线路分流电流减小，曲线的前部分变化率较大，这是由于检修等效接地电阻R1与接地极线路电阻R2阻值相差较小，分流电流大小主要是由R1、R2、R4决定；曲线后半部分比较平直，近似呈线性变化，是由于随着R1的增大，其值要远大于R2，分流电流的大小主要有R1、R4决定。所以在检修时，极址处的检修接地可以尽量安排离接地极稍远的位置进行接地，以适当增加检修接地等效电阻，减小接地极线路分流电流。
总之，接地极线路临时检修，若检修直流输电系统仍然运行时，流入检修侧直流输电系统换流变的偏磁电流大小与多个电阻的大小以及入地电流水平有关，接地极线路分流电流越大，交流系统等效电阻与站内接地电阻的比值越小，流过换流变中性点电流越大，可能会对换流变直流偏磁产生影响，严重时甚至导致换流变饱和保护动作闭锁直流系统；由于理论计算分析主要研究分流电流分布规律及影响因素，相关电气量采用的是估算值，如果需要掌握较准确的分流电流大小，则需要进行工程实测。理论分析结果对共用接地极及线路检修安排提供理论基础，对检修过程中人员安全措施提供初步指导。
参考文献：
[1]王芳，高压直流输电工程技术．2019.
[2]刘小平．浅谈直流系统共用的接地极检修运行分析.2020.