高壓直流共用接地極運行故障風險分析及監控措施

阮傳淦

摘要：為了節省占地面積及工程造價，高壓直流工程在受端常采用共用接地極運行的方式。本文以昆柳龍直流、牛從甲乙直流、新東直流共用接地接為例，分析多回直流共用接地極運行故障的主要風險，提出具體監控措施，對后續共用接地極的建設、運行有一定的借鑒意義。

關鍵詞：共用接地極、運行故障、風險分析

一、共用接地極運行的基本情況

昆柳龍、牛從雙回、新東直流受端建有2個垂直接地極和1個深井接地極，形成多回高壓直流共用接地極運行的情況。共用接地極接線示意圖如下：

根據運行方式安排，新東直流東方換流站獨立使用深井接地極運行，昆柳龍直流龍門換流站、牛從甲乙直流從西換流站共用兩個垂直接地極運行。

按照《高壓直流輸電大地返回系統設計技術規程》（DL/T 5224-2014）3.1.3節規定，根據深井接地極設計參數，考慮到接地極溫升、跨步電壓等因素，允許最大入地電流為3125A，運行時間不超過12h。在深井接地極投入運行時，根據垂直接地極設計參數，考慮到接地極溫升、跨步電壓等因素，兩個垂直接地極并聯運行允許最大入地電流不超過6400A，運行時間不超過14h。

二、運行故障主要風險分析

（一）接地極線路

接地極線路的故障主要有接地極線路斷線或短路故障，由于四回直流接地極線路（含接地極端阻斷設備）均是相互獨立的，接地極線路故障不會擴大影響范圍。因此，接地極線路的故障不影響其它直流運行，無運行風險。

（二）互聯線路

當互聯線路發生斷線或短路故障時，若直流單極大地運行出現入地電流，一方面可能導致垂直接地極分流不均衡，存在接地導流極過熱的風險，另一方面可能出現短路點跨步電勢超標問題，存在人員觸電的風險。為了盡快隔離互聯線路，需將昆柳龍直流、牛從直流轉為單極金屬回線運行或停運，存在直流線路單極非計劃停運的運行風險。

（三）接地極

接地極故障主要有導流電纜斷線、極環停運（損壞）兩種情況。若接地極多組饋線電纜故障或多段電極停運（設計允許1根電纜斷線或1段電極停運），則接地極額定電流運行時存在過流的風險。經計算，兩個垂直接地極各允許兩根電纜斷線或一口電極井停運而不影響共用接地的使用。若其中任意一個垂直接地極超過兩根電纜斷線或一口電極井停運，則共用接地極無法滿足兩回直流額定電流同時入地的要求，但可以滿足單回直流額定電流入地。由于接地極地理位置偏遠、隱蔽，故障難以及時發現，發生故障后長時間過流運行會進一步擴大故障范圍。

三、主要監控措施

（一）導流中心入地電流在線監測

由于接地極位置偏遠及故障隱蔽的特點，在運行過程中出現饋電電纜分流不均，可能導致饋線電纜、電極井、土壤溫濕度等異常，電流分布不均抬升大地電勢，出現跨步電勢過大、土壤發熱、電極腐蝕、電纜燒損等問題，通過在接地極導流中心安裝饋線電流監測裝置監視接地極饋線電纜電流，實時判斷饋線電纜和電極運行情況。

垂直接地極共有16根主導流電纜，在導流構架上的每根入地的引流電纜處安裝1個電流傳感器。對于導流電纜的入地電流測量，電流傳感器目前可考慮兩種，光CT和霍爾電流傳感器。由于對入地電流數據不需提供給直流控制保護使用，所以對電流數據的時效性和準確性要求不高，可采用霍爾電流傳感器。霍爾電流傳感器選用開環式，方便施工，不需要將入地電纜開斷，但需在防水方面需要細致處理。

（二）電纜接頭紅外測溫

在單極大地方式運行時需每6個月對電纜接頭開展一次紅外測溫，同時為在電纜頭出現異常溫升前及時采取預控措施，需實時監測電纜頭溫升。受接地極運行的不確定性及與運維站點駐地距離影響，運維人員難以現場開展紅外測溫工作。通過在接地極中心導流區饋電電纜終端頭部署光纖式溫度在線監測裝置，通過公用網絡將信號傳輸到運維自動化系統，在接地極運行時掌握饋電電纜溫度變化趨勢，達到電纜溫度預警閥值自動報警，確保應急處置第一時間開展。

（三）互聯線路圖像監測

兩個垂直接地極互聯線路長度995m，線路全部位于平地，由于互聯線路故障對直流系統影響較大，通過線路鐵塔上安裝2套在線視頻/圖像監測裝置，實現互聯線路導線和鐵塔的實時監控，及時發現互聯線路故障隱患。

三、結論

多回高壓直流共用接地極運行時，由于受到到接地極溫升、跨步電壓以及公共安全等因素影響，對入地電流以及運行方式由一定的限制要求。共用接地極互聯線路以及接地極故障時，將導致其他接地極入地電流增大，可能超出其設計的運行邊界條件，從而影響直流運行方式，導致直流單極非計劃等情況。為了及時發現其運行故障，可通過加裝導流中心電流監測裝置、互聯線路圖像監測裝置以及對電纜接頭進行紅外監測等措施，及時發現處置運行隱患，降低運行風險。

【參考文獻】

[1] 孫幫新;陳輝祥;;高壓直流輸電共用接地極技術研究[J];高電壓技術;2006年12期

[2] 張勁松. 高壓直流輸電共用接地極主要設計原則[J]. 中國電力， 2007（06）：52-54.

[3] 饒宏， 李巖， 黎小林，等. 4個直流輸電工程共用1個接地極運行方式的研究[J]. 高電壓技術， 2012（05）：1179-1185.