深井型和垂直型直流接地极的导流方式

深井型和垂直型直流接地极用地面积小,具有推广应用价值。由于其结构不同于水平接地极,因此其导流方式也与水平接地极不同。本文分别就深井型接地极和垂直型接地极的导流方式进行了介绍,并对不同导流方式的选用原则进行了说明,为后续直流接地极的建设提供了具体的参考。     

垂直型直流接地极散流特性试验研究

垂直型直流接地极占地面积小,能将电流导入地底深处,有利于改善跨步电压和接触电势,对环境影响小,是一种可行的新型直流接地极布置方式,但垂直型接地极存在散流分布不均匀的问题。用接近实际工程的方法埋设了3根垂直型直流接地极,并注入直流电流,模拟接地极真实运行环境,对其散流特性、电流分配、接地电阻、跨步电势和利用系数进行了测量。试验表明,接地极散流不均匀,下部散流大于上部,且存在明显的端部效应,但由于其将电流导入地底深处,有效地改善了跨步电势;多根并联接地极间的电流分配受接地极之间的屏蔽作用和接地极接地电阻的共同影响;试验测得的利用系数与理论计算值具有较高的吻合程度,验证了理论计算方法的准确性。     

垂直型接地极在±800 kV普洱换流站的应用

为满足跨步电压的要求,常规水平浅埋型接地极对极址要求很高,而垂直型接地极可有效解决接地极跨步电压过高的问题,大幅降低极址的选择难度。针对±800 kV普洱换流站接地极的工程实际,分别对采用水平型和垂直型的接地极设计方案进行了仿真计算,结果表明：仅垂直型接地极方案满足接地极跨步电压的设计要求。鉴于垂直型接地极的诸多优点,因此将成为换流站接地极的重要类型之一。     

高压直流输电系统接地极在线监测

为满足实际电力企业生产需求,提出并实现了基于GSM与太阳能供电技术的高压直流输电换流站接地极在线监测系统。在接地极在线监测系统前台单元中实时检测换流站接地极的入地电流、观测井的水位和温度等数据,利用数字信号处理器预处理,借助GSM网络传输,通过后台系统管理软件监测换流站接地极的运行状态。该系统已投入三峡-常州直流输电500 kV龙泉换流站实际运行,效果良好,能反映该接地极运行状态的变化规律。     

广域接地极方案初步研究

针对直流落点增多与接地极选址越来越困难的矛盾问题,设计一种新型接地极设计方案——广域接地极。据此,首先建立了广域接地极的等效数学模型,该模型辅以场路耦合算法可以对分流情况和运行工况进行计算。随后根据广东电网直流工程现状和后续直流建设情况构建了广东电网广域接地极,并进行了可行性分析。结果表明,广域接地极辅以合适的均流措施可以满足多回直流共用的需要,且具备长期解决后续直流工程接地极问题的理论可行性,值得进一步研究。     

高压直流输电共用接地极技术研究

为分析共用接地极后两直流系统受端换流站中性母线电位升的变化情况,进而研究共用接地极对直流系统稳态运行的影响,首先讨论了直流输电系统共用接地极的型式和共用接地极的特点,建立了两回直流系统共用接地极的数学模型,并结合云广特高压直流输电与贵广II回直流输电系统参数,研究分析不同运行方式下该两回直流输电系统共用接地极对直流系统运行影响大小,以及与独立接地极相比共用接地极不同运行方式对环境的影响大小,最后对共用接地极对环境的影响以及公用接地极对直流系统运行的影响方面的问题提出了解决措施。     

高压直流输电工程接地系统设计条件优化研究

接地极是高压直流输电系统的重要组成部分,其设计条件的确定是接地极优化设计的关键。分析了南方电网直流工程接地极的运行状态,统计了接地极单极大地运行时间、次数、以及安时数的规律。为有效降低常规接地极的占地面积和造价,依据实际运行数据,对常规接地极的设计条件进行了优化。为有效降低接地极的选址难度,提高接地极的经济性,提出了短时接地极的概念,并根据直流工程运行经验提出了其设计边界。     

特高压直流共用接地极的暂态温升分析

特高压直流系统共用接地极可减少极址占地面积且节省投资,但单极运行时会引起极址大地电位升高,出现跨步电压升高、土壤发热等问题,因此开展直流接地极的相关研究对提高其安全运行具有重要意义。为此,基于COMSOL有限元分析软件,建立了特高压直流输电接地极的电流场和温度场全耦合暂态分析模型,与传统的电热模型相比,该模型能有效反映土壤参数随温度变化的过程。通过某±500 kV共用接地极各种运行工况下地面跨步电压和土壤最高温升的分析计算以及与测量值的比较,验证了该模型的有效性。基于该模型分析了土壤的电阻率、热导率和比热容对接地极运行的影响规律。研究结果表明热导率的变化对土壤温升影响更显著,对于额定入地电流为3 030 A、圆环半径为360 m、埋深为3 m的接地极,当按最大入地电流运行检验该接地极参数时,为满足跨步电压要求,接地极表层土壤电阻率需低于35Ω·m。所提出的模型和研究成果可用于指导高压直流共用接地极的优化设计。     

鱼龙岭共用接地极线路检修对换流站内变压器及人身安全的影响

多回直流共用接地极,其中一回接地极线路开展检修工作,另一回直流恰处于单极大地运行时,运行电流经接地极入地,其中部分电流流入检修侧杆塔接地装置,通过杆塔、检修接地线以及接地极线路流入换流站接地网,对换流站内设备及人身安全产生影响。以鱼龙岭极址土壤参数为基础,利用电力系统接地分析软件CDEGS计算分析了鱼龙岭共用接地极一回直流单极大地运行(额定电流),另一回直流接地极线路检修时,经由杆塔接地装置、永久/临时接地线、接地极线路以及换流站接地网共同构成的回路最终流入换流站接地网的电流可能引起的跨步电压、接触电压等人身安全风险,评估了换流站变压器直流偏磁风险。计算结果表明,接地极线路检修时流入接地网的电流不会引起人身安全风险,但会造成穗东站变压器偏磁电流超标。     

广东电网广域接地极方案研究

针对直流落点增多致使接地极选址越来越困难的矛盾问题,提出广域接地极这一新型接地极设计方案。首先建立了广域接地极的等效数学模型,该模型辅以场路耦合算法可以对电流分配情况和运行工况进行计算。根据广东电网直流工程现状和后续直流建设情况构建了广东电网广域接地极,并进行了可行性分析,结果表明广域接地极辅以合适的均流措施可以满足多回直流共用的需要。广域接地极作为长期解决后续直流工程接地极问题的理论可行性,值得进一步研究。     

三峡左岸龙泉换流站接地极导流系统设计

直流接地极是直流输电系统中的一个重要组成部分,而接地极的导流系统的设计则是整个接地极最终设计成败的关键。目前我国电力系统中已投运的仅有葛-上直流接地极,在三峡龙泉换流站接地极导流系统设计中,利用现有的有限运行经验及数据,在对有关问题进行深入分析计算后,提出了接地极导流系统设计中应遵循的一些设计规律。     

普侨直流普洱换流站内接地网替代接地极双极运行方案

首先分析了普侨直流普洱换流站接地网替代接地极双极运行的必要性,接着对接地网替代接地极运行可行性开展一系列研究,主要包括:鉴于接地极和接地网设计原则差异,对接地网热稳定性、接触电压和跨步电压等开展校核;为最大限度减少不平衡电流进入站内接地网,提出了优化双极解/闭锁同步逻辑、双极电流跟随同步逻辑和双极联跳逻辑,同时为最大限度满足系统、设备及人身安全要求,提出优化整流侧76SG、整流侧87GPS及逆变侧60EL等保护功能。现场运行表明:通过对直流站控功能、极控功能及保护功能进行优化后,普侨直流完全能适应普洱换流站接地网替代接地极双极运行方式,双极解/闭锁、双极联跳时差较小,一致性较好;各种运行工况下,站内一次设备安全运行、人身安全及二次设备安全运行等均满足规程要求。     

特高压共用接地极热参数分析

基于有限差分法原理,建立了一套可对直流接地极周围温度场参数进行时域分析的数值算法。该方法避免了现有接地极温升计算公式将接地极体视为等温体的缺点,可对接地极体温度分布进行计算。将该方法应用于我国云广和贵广II回直流输电系统共用接地极设计中,对接地极热参数进行分析,针对共用接地极3个备选极址的不同土壤参数特征,分别计算系统持续单极大地回线运行状态下的入地电流对接地极温升的影响。计算结果显示,合理设置接地极参数可将其温升控制在标准限值以内。     

4个直流输电工程共用1个接地极运行方式的研究

针对溪洛渡-广东±500kV同塔双回直流输电工程,基于避免在受端开辟极址、建设新的接地极以节省占地面积和工程造价,为此,研究了将双回溪洛渡工程共用到云广特高压和贵广Ⅱ两回直流输电系统共用的鱼龙岭接地极,实现4回直流公用该接地极的可行性。研究了4条直流系统在受端公用接地极时,各种可能的多回同极性单极大地运行工况及其出现的概率和短时最大入地电流。研究表明,4回直流系统共用接地极后,在双回同时同极性单极大地运行时,原鱼龙岭接地极设计能满足要求,无需扩建。考虑直流工程实际运行情况和系统控制要求,4回共极址的直流工程出现3回同时同极性单极运行概率极小,而出现4回同时同极性单极运行概率几乎为0。综合考虑技术经济要求,可认定原鱼龙岭接地极的设计能满足继续共用溪洛渡直流工程的要求。针对理论上可能出现的3回同时同极性单极大地运行的短时大电流,提出了将现有接地极扩建为3环结构,能够满足对应工况下短时大入地电流条件下跨步电压值不超标。     

UHVDC垂直接地极技术经济性能分析

针对±800 kV直流输电工程接地极的备选极址概况,选取理论上适合采用垂直型电极的极址,设计了几种垂直接地极的不同布置形式,在子电极长度不变其它参数改变和子电极根数不变其它参数改变2种情况下进行了技术和经济性能的计算比较。结果表明,几种方案中跨步电压和接地电阻满足设计要求,但都存在接地极附近土壤温升过高的现象。几种垂直接地极布置形式中各项技术指标相对最优的方案与双圆环水平布置接地极技术经济比较的结果表明,水平双圆环接地极较垂直接地极在现场更具可行性。     

高土壤电阻率条件下的高压直流输电接地极系统接地电阻限值分析

目前,IEC标准和DL行标均未对接地极的接地电阻提出明确的限值要求,但部分海外工程对接地电阻限值提出了额外要求。当接地极极址土壤电阻率较高时,接地极的接地电阻值也会偏大。因此,调研了国内外大量已建接地极的接地电阻值,存在接地电阻0.35?并长期稳定运行的案例;通过理论推导和仿真计算,分析了高接地电阻对接地极稳态温升、暂态温升、跨步电位差、接触电位差、损耗、周边变压器直流偏磁等方面的影响;结合巴西美丽山二期特高压直流输电工程里约接地极的设计案例,得出当设计合理时,接地电阻偏高不会影响接地极安全稳定运行的结论;基于不同的接地极设计方案对比可知,不限制接地电阻可以在确保接地极安全稳定运行的同时大幅节省工程投资。     

垂直型直流接地极暂态温升计算与试验

垂直型直流接地极可以有效解决极址选择困难问题,但也将带来土壤温升过高,接地极散流不均匀等难题。为了对接地极运行时的暂态温升进行有效计算,建立了暂态温度场计算模型,并通过试验进行验证。计算首先基于场路耦合法,在考虑接地极自阻的情况下对接地极电流场进行计算,然后将电流场计算结果作为温度场的计算条件,依据Gurtin变分原理构造时空有限元模型,对接地极进行暂态温升计算。试验选取长9m、直径为30mm的圆钢作为接地极,加载113h的直流电流,分别采用热电偶传感器和霍尔电流传感器采集并记录接地极的温升规律以及散流特性。对比分析表明,计算结果与试验结果具有较高的吻合度,验证了算法的有效性,能为实际工程设计提供参考。     

直流系统共用的接地极检修运行分析

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,以2个直流输电系统共用接地极为例,结合实际工程参数,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。最后,根据分析结果,对共用接地极检修时直流系统运行方式提出了建议。     

特高压直流入地电流对附近杆塔地网腐蚀评估

为了有效开展直流入地电流对交流电网的影响评估,指导特高压直流接地极工程的选址建设,以国家电网公司正在建设的±800kV某特高压直流输电工程接地极(址)及邻近500kV交流输电线路杆塔实际参数为例,采用接地仿真计算软件建立了相应的极址土壤模型和线路电气模型,对流入输电线路各杆塔接地体的直流电流及分布特性进行了全面、系统的研究,根据接地极在设计寿命内的总安时数和运行方式计算得到了单基杆塔接地体的腐蚀量,分析表明杆塔地网腐蚀量与接地极运行的安时数、流出该基杆塔接地体的电流值以及使该基杆塔接地体电流流出时接地极的运行时间成正比,且主要集中在接地体的末端,建议应根据极址土壤电阻率参数和系统额定电流来确定接地极与输电线路的最小距离要求。该成果可用于指导直流接地极设计中类似问题的研究。     

高压直流输电工程非常规接地极运行方案

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。