直流输电线接地极(接地线接在直流电源负极)

华峰博客 38

近日,白鹤滩至浙江±800千伏特高压直流输电工程环境影响报告书公示,笔者发现,位于杭州临平的浙北换流站,却把接地极放到了百公里外的湖州安吉。什么是接地极?接地极的选址为何成为制约特高压直流输电发展的关键因素之一?

什么是直流输电的接地极?

对于直流输电系统,其运行方式主要有双极(正负极)平衡运行、单极金属回线运行、单极大地运行三种运行方式。

直流接地极是直流输电工程中的重要设施,当直流输电系统以前两种方式运行时,接地极中是无电流流过。

当直流输电系统运行不平衡时,接地极中会流过双极不平衡电流,但通常小于额定电流的1%。

当直流输电系统以单极大地方式运行时,接地极通常会在额定电流下运行,电流可达数千安培。

接地极为何要远离换流站?

接地极是一个大型接地体,接地极的参数是否满足有关技术要求直接关系到直流输电工程能否正常运行。

接地极线路正常运行时,只会有不平衡电流通过接地极,但是当输电线路一极导线发生故障,另一极导线则会利用接地极作为回路,以保证输电线路的继续运行。此时换流站接地极会向大地注入直流电流,距离接地极越近的地方,大地中的直流电流越大。

大地中的直流电流会流向换流站内的换流变压器的中性点,从而导致换流变压器的饱和保护动作,结果就是跳开换流变压器进线开关,导致直流闭锁。

所以为防止直流电流流入换流变压器的中性点,接地极一般都距离换流站几十千米远处。

大地中的直流电流对交流变电站的变压器也是有影响的,另外对大地中的金属构件也有腐蚀作用,所以接地极的选址一般都比较偏远。

接地极如何与换流站相连?

直流输电接地极引线接在换流站直流电压中性点与接地极之间的线路,通称接地极线路。

接地极线路可采用架空线路,也可采用电缆线路。由于接地极线路一般较长,所以多数工程采用架空线路。

在直流系统以大地回流方式运行时,流过接地极线路上的电流等于极线路上的电流。因此接地极线路导线总截面应与极导线截面一样,但对于双极直流系统,考虑到以大地回流方式运行时间较短,因而一般按热稳定要求选择接地极线路导线截面。

接地极线路上电压主要是电流产生的压降,因而靠近换流站端最高,靠近接地极最低,最高电压一般也只有数千伏。

在单极大地返回运行方式中,直流运行电流通过接地极入地或返回,高达数千安培,地中电流将对周围环境产生影响。

直流输电接地极如何选址?

为避免直流电流对特高压换流站接地网和换流变压器产生影响,接地极通常建在离换流站几十千米远的地方,换流站与接地极之间通过接地极线路进行连接。

一般而言,接地极距离换流站几十至一百千米之间,主要是为了在单极大地回线方式下运行时接地极电流尽可能少地影响换流站等其他设施。此外,接地极还应与交流变电站、埋地油气输送管道等保持一定距离,以减小对这些设施的影响。

例如宾金直流送端整流站的接地极距离宜宾站101km。当宾金直流双极平衡运行时,流入接地极的不平衡电流很小,一般不超过十几安培。而当直流以单极大地回线方式运行时,尤其在额定负荷运行时,流入接地极的直流电流达上千安培。

目前,直流输电受端多落点于用电负荷需求大的经济发达地区,这些区域人口密度大,电网结构复杂,地下金属设施众多,选择满足接地极铺设条件的开阔地带十分困难,制约了特高压输电工程的开展。如目前一些广东珠三角地区的换流站往往把接地极选址在150km 以外,大大增加了建设成本。

接地极是个什么样子?

接地极主要由接地极极环和导流(馈电)线组成。

我国的特高压直流输电接地极普遍采用的布置形式是水平圆环浅埋式,埋设在表层土壤电阻率低的平原地区,占地面积大,以满足单极大地回线运行工况下接地极温升和跨步电压的限值要求。

接地极极环一般置于地下敷设的碳床中央。导流线一端与接地极线路相连,分多路沿不同方向幅射,另一端与极环相连。接地极为同心二圆环。

白鹤滩至浙江±800千伏特高压直流输电工程的浙北换流站位于浙江省杭州市临平区运河街道五村境内。接地极址则位于浙江省湖州市安吉县孝丰镇陈村东南侧,接地极采用水浅埋型电圆环形,内环半径225m,外环半径300m。极环总长度约为3299m,埋设深度3.5m。接地极线路电压等级为35kV,线路径长度约103km。

特高压直流输电接地极的选址已成为制约特高压直流输电工程发展的关键因素之一。目前急需紧凑式接地极方案为接地极选址提供更多选择空间。因此除了常规的水平接地极方案外,也出现了深井型和垂直型直流接地极的导流方式。相信随着接地极导流技术水平的提升,定能克服接地极选址的制约,降低接地极建设成本,进一步加快我国特高压直流输电工程的发展。

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