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特高压和高压直流输电系统共用接地极模式分析

作者：佚名文章来源：智能建筑点击数：更新时间：2007-11-26

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　　　0 引言 　　直流输电线路可以采用双极两端中性点接地方式和双极金属中线方式^[1]。为了取得较好的接地性能，直流接地极占地面积一般较大。目前在建的±800kV云广特高压直流输电工程和±500kV贵广二回高压直流输电工程的受端均在广东省境内，而广东省目前已有3个直流接地极，很难再找到适合的土地建设2个单独的直流接地极。为了节省工程用地、建设费用，计划在广东侧采用共用接地极的形式。　　目前国际上采用共用接地极的工程有2个：加拿大Quebec至美国New England 5 端直流输电工程和加拿大纳尔逊河双极一回、二回直流输电工程。对于不同电压等级的特高压直流和高压直流输电系统共用接地极进行设计属于世界首创，需要对共用接地极模式进行具体分析。　　1 工程概况 　　云广特高压直流输电工程长度约1 500 km，额定电压±800kV，双极输送容量5000MW，额定电流3 125 A，最大允许长期运行电流按1.1倍额定电流、暂时过电流按1.4倍额定电流考虑。　　贵广二回高压直流输电工程长度约1 250km，额定电压±500kV，双极输送容量3000MW，额定电流3000A，最大允许长期运行电流按1.1倍额定电流、暂时过电流按1.5倍额定电流考虑。贵广直流工程2007年6月建成单极运行，12月建成双极运行。　　2 共用接地极设计 　　2．1 共用接地极参数选择　　接地极的设计原则主要包括4方面内容^[2]：必须满足系统条件；符合使用寿命要求，在规定的运行年限内不应出现故障；符合最大允许跨步电压的限制要求；符合土壤最大允许温升的限制要求。除此之外，还须满足如下要求：　　(1)系统运行方式。共用接地极既要满足任一单回直流系统单极大地回路运行要求，又要满足2回直流系统同时同极性单极大地回路运行要求。　　(2)使用寿命。共用接地极运行寿命根据不更换 (一次性)型式设计，其运行寿命与直流系统相同。馈电材料溶解——电腐蚀是影响共用接地极使用寿命的主要因素。对直流系统运行状态分析并留有一定裕度后确定共用接地极设计运行寿命为35a。　　(3)人地电流。接地极的人地电流参数一般包括额定工作电流、最大允许运行电流和最大短时注入电流。共用接地极上的额定工作电流设定为云广系统的额定电流加上贵广二回系统的不平衡电流。直流系统的不平衡电流一般设定为额定电流的1％。　　单个直流系统最大过负荷电流一般取1.1I_N。共用接地极的最大允许工作电流为云广系统过负荷运行电流和贵广二回系统过负荷运行时的不平衡电流之和，为3470.5A。该电流允许持续出现时间一般为几个小时。　　2个系统同时以单极大地回路暂态运行或过负荷运行情况出现几率极小，最大允许短时注入电流取为云广系统单极大地回路过负荷运行电流和贵广二回系统同极性单极大地回路正常运行电流之和。经过计算知道共用接地极最大短时注入电流为6437.5A。该电流持续时间一般为3~10s。　　(4)最大允许跨步电压和最大允许温升。最大允许跨步电压和最大允许温升可按文献[1]、[3]介绍的方法进行计算。计算最大允许跨步电压的人地电流采取最大短时注入电流(6 437.5 A)，土壤最高允许温度设为95℃，计算土壤温度采用的入地电流为共用接地极的额定工作电流(3 155 A)。　　2．2 共用接地极设计　　对直流极的计算既要考虑金属极体，又要考虑包裹着接地极的炭床。通过已有的方法[3-5]，采用结合矩量法和边界元法[6-8]，对共用接地极进行分析。　　直流接地极的鱼龙岭极址地势低洼，开阔平坦，靠近广东北江的天然滞洪区。根据极址的土壤条件 (如表1)设计共用接地极，接地极本体采用双环结构(直径940m+700m)，为浅埋沟型，电极环长度为5 152m，电极埋深(平均值)4m。计算出的最大跨步电压为6.01V，小于共用接地极允许的最大跨步电压(7.10V)，因此不会对人身安全产生影响；计算出的最大温升为47．2℃，远小于土壤允许最高温度 (95℃)，不会因为接地极周围温升过高而影响安全。该方案满足前述接地极参数设计要求。
表1 鱼龙岭极址大地等值电性分层及其参数 Tab．1 Electrical and thermal parameters of the each structure around Yulongling grounding electrode 　　3 共用接地极对直流系统的影响 　　3．1 直流系统仿真模型　　图1显示了云广和贵广二回直流输电系统配置建立的计算模型。由于2个直流系统设计出的共用接地极形式的接地电阻值普遍在0.3Ω左右，模型中2个系统由0.3Ω电阻连接。　　3．2 直流系统稳态分析　　高压直流输电系统通常采用的运行方式包括：单极大地回线方式、单极金属回线方式、双极中性点两端接地方式等。分析可知，通常情况下换流站中性点直流电压最大幅值约40kV，而单极大地回线方式下换流中性点直流电压幅值为5kV左右。因此稳态情况下共用接地极对直流系统运行不会产生太大影响。
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