高压直流共用接地极运行故障风险分析及监控措施

阮传淦

摘要：为了节省占地面积及工程造价，高压直流工程在受端常采用共用接地极运行的方式。本文以昆柳龙直流、牛从甲乙直流、新东直流共用接地接为例，分析多回直流共用接地极运行故障的主要风险，提出具体监控措施，对后续共用接地极的建设、运行有一定的借鉴意义。

关键词：共用接地极、运行故障、风险分析

一、共用接地极运行的基本情况

昆柳龙、牛从双回、新东直流受端建有2个垂直接地极和1个深井接地极，形成多回高压直流共用接地极运行的情况。共用接地极接线示意图如下：

根据运行方式安排，新东直流东方换流站独立使用深井接地极运行，昆柳龙直流龙门换流站、牛从甲乙直流从西换流站共用两个垂直接地极运行。

按照《高压直流输电大地返回系统设计技术规程》（DL/T 5224-2014）3.1.3节规定，根据深井接地极设计参数，考虑到接地极温升、跨步电压等因素，允许最大入地电流为3125A，运行时间不超过12h。在深井接地极投入运行时，根据垂直接地极设计参数，考虑到接地极温升、跨步电压等因素，两个垂直接地极并联运行允许最大入地电流不超过6400A，运行时间不超过14h。

二、运行故障主要风险分析

（一）接地极线路

接地极线路的故障主要有接地极线路断线或短路故障，由于四回直流接地极线路（含接地极端阻断设备）均是相互独立的，接地极线路故障不会扩大影响范围。因此，接地极线路的故障不影响其它直流运行，无运行风险。

（二）互联线路

当互联线路发生断线或短路故障时，若直流单极大地运行出现入地电流，一方面可能导致垂直接地极分流不均衡，存在接地导流极过热的风险，另一方面可能出现短路点跨步电势超标问题，存在人员触电的风险。为了尽快隔离互联线路，需将昆柳龙直流、牛从直流转为单极金属回线运行或停运，存在直流线路单极非计划停运的运行风险。

（三）接地极

接地极故障主要有导流电缆断线、极环停运（损坏）两种情况。若接地极多组馈线电缆故障或多段电极停运（设计允许1根电缆断线或1段电极停运），则接地极额定电流运行时存在过流的风险。经计算，两个垂直接地极各允许两根电缆断线或一口电极井停运而不影响共用接地的使用。若其中任意一个垂直接地极超过两根电缆断线或一口电极井停运，则共用接地极无法满足两回直流额定电流同时入地的要求，但可以满足单回直流额定电流入地。由于接地极地理位置偏远、隐蔽，故障难以及时发现，发生故障后长时间过流运行会进一步扩大故障范围。

三、主要监控措施

（一）导流中心入地电流在线监测

由于接地极位置偏远及故障隐蔽的特点，在运行过程中出现馈电电缆分流不均，可能导致馈线电缆、电极井、土壤温湿度等异常，电流分布不均抬升大地电势，出现跨步电势过大、土壤发热、电极腐蚀、电缆烧损等问题，通过在接地极导流中心安装馈线电流监测装置监视接地极馈线电缆电流，实时判断馈线电缆和电极运行情况。

垂直接地极共有16根主导流电缆，在导流构架上的每根入地的引流电缆处安装1个电流传感器。对于導流电缆的入地电流测量，电流传感器目前可考虑两种，光CT和霍尔电流传感器。由于对入地电流数据不需提供给直流控制保护使用，所以对电流数据的时效性和准确性要求不高，可采用霍尔电流传感器。霍尔电流传感器选用开环式，方便施工，不需要将入地电缆开断，但需在防水方面需要细致处理。

（二）电缆接头红外测温

在单极大地方式运行时需每6个月对电缆接头开展一次红外测温，同时为在电缆头出现异常温升前及时采取预控措施，需实时监测电缆头温升。受接地极运行的不确定性及与运维站点驻地距离影响，运维人员难以现场开展红外测温工作。通过在接地极中心导流区馈电电缆终端头部署光纤式温度在线监测装置，通过公用网络将信号传输到运维自动化系统，在接地极运行时掌握馈电电缆温度变化趋势，达到电缆温度预警阀值自动报警，确保应急处置第一时间开展。

（三）互联线路图像监测

两个垂直接地极互联线路长度995m，线路全部位于平地，由于互联线路故障对直流系统影响较大，通过线路铁塔上安装2套在线视频/图像监测装置，实现互联线路导线和铁塔的实时监控，及时发现互联线路故障隐患。

三、结论

多回高压直流共用接地极运行时，由于受到到接地极温升、跨步电压以及公共安全等因素影响，对入地电流以及运行方式由一定的限制要求。共用接地极互联线路以及接地极故障时，将导致其他接地极入地电流增大，可能超出其设计的运行边界条件，从而影响直流运行方式，导致直流单极非计划等情况。为了及时发现其运行故障，可通过加装导流中心电流监测装置、互联线路图像监测装置以及对电缆接头进行红外监测等措施，及时发现处置运行隐患，降低运行风险。

【参考文献】

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