国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE高压直流输电接地极技 术主讲人：董晓辉国网武汉高压研究院 二○○八年四月国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE 内容摘要现今，直流接地极在我国的高压直流输 电工程中已得到了广泛应用接地极的选址 ,优化设计,对系统和环境的影响以及调试技 术均是研究的基本问题本文结合国内工程 实际和我院完成的国网公司直流接地极相关 科技项目研究成果，对上述问题作简要的介 绍.国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE 目 录一、概述 二、直流接地极的设计原则 三、接地极材料的应用 四、接地极的优化设计 五、新型接地极技术 六、接地极实际工程举例国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE一、 概述• 国内外接地极应用情况 • 接地极存在的问题国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE1.1 国内外接地极应用情况与交流输电工程相比较，直流输电技术有 两个主要的特殊方面：换流和接地。
远距离高压 直流输电采用大地回路，可以提高运行可靠性， 节省电能路上的损耗以及使工程可以分期建 设，具有明显经济效益，因此，除个别例外（背 靠背工程），现有的高压直流远距离输电工程无 一例外地以大地回路作为运行方式之一，直流接 地极在国内外得到了广泛应用 国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE1.1.1 国外情况国外接地极型式主要有水平单环型、水平双 环型、垂直型式、深井型式. 加拿大Manitoba省水电局Dorsey接地极采用 了双环陆地电极加拿大BC省温哥华直流系统接地极采用了垂 直接地极.美国山间电力工程接地极采用了深井垂直接 地极国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE1.1.2 国内情况 •1989年，伴随我国第一个高压直流输电工程葛上 工程的建成和投运，直流接地极在我国的使用已 有19年的历史，随着我国电力工业的持续、快速 的发展，高压直流输电工程的建设进入了一个前 所未有的历史发展时期•直流接地极的数目伴随着高压直流输电工程的建 设而愈来愈多，到目前，共有14个已建成的直流 接地极分别在葛上、天广、三常、三广、三上， 贵广Ⅰ回和贵广II回七大直流工程中应用。
国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE直流输 电工程送电 容量/MW运行 方式额定 电压/kV额定 电流/A输电线/电 缆长 /km投运时间（ 单极/双 极）葛南1200双±500120010451989/1990天广1800双±50018009602001三常3000双±50030008602003三广3000双±50030009752004贵广Ⅰ回3000双±50030009802004贵广Ⅱ回3000双±50030002007三沪3000 双±50030002007国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE•迄今为止国内接地极的形状几乎全部采用水平环 形布置，关于垂直接地极的工程应用尚未开展 •关于两个或两个以上直流系统共用接地极（或极 址）的研究及工程应用已经开展,例如±800kV向 家坝-上海特高压直流输电工程在送端采用三个换 流站共用接地极，±800kV云广特高压直流输电工 程与±500kV贵广Ⅱ回直流输电工程共用接地极.国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE接地极存在的主要问题 • 接地极地面跨步电压 • 接地极本体的腐蚀问题 • 对电力系统交流变压器偏磁的影响 • 对地下金属管道的腐蚀影响国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE二、 直流接地极的设计原则 • 系统条件 • 设计寿命 • 最大允许跨步电压 • 最大允许温升 • 接地极选址要求及大地物理参数的测定国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE• 直流接地极的设计原则主要包括三方面内容：首 先必须满足系统运行要求；其次是在规定的运行 年限内不应出现故障,并满足安全运行要求；第三 是避免地电流对环境产生不良影响或将对环境的 影响控制在允许的范围内。
• 2.1 系统条件• 系统条件是设计接地极的依据，其参数一般由系 统规划（设计）部门提供或确定国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE2.1.1直流系统接线方式和运行方式 • 两端直流输电系统可以分为单极系统（正极或 负极）、双极系统（正负两极）和背靠背直流 系统（无直流输电线路）三种类型 • 单极系统的接线方式有单极大地（或海水）回 线方式和单极金属回线方式两种，此外当双极 直流输电工程在单极运行时，还可以接成双导 线并联大地回线方式运行双极系统的接线方 式主要有双极两端中性点接地方式、双极一端 中性点接地方式和双极金属中线方式三种 国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTEa. 在直流系统大地回线方式运行时，接地极的极 性一般是一极为正（阳）极，另一极为负（阴） 极对于单极直流输电工程，这种极性往往是固 定不变的 b. 对于双极直流输电工程，一般由于允许一极先 建成投运，极性也是固定的；待双极建成投产后 ，极性通常不固定，极性随系统运行需要变化， 它取决于两极电流之差的方向 c. 对于双极直流输电工程在单极大地回线方式运 行时，其接地极的极性取决于运行极的极性：在 正极运行时，送端换流站接地极为负（阴）极， 受端换流站接地极为正（阳）极；在负极运行时 情况恰好相反。
国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE2.1.2工作时间 • 接地极工作时间包括下列四种工况：a. 运行寿命接地极运行寿命可以根据条件分 为可更换和不更换（一次性）两种型式，大多数工程 按不更换设计安装，其运行寿命与直流系统相同b. 正常额定电流持续运行时间对于单极大地 回线直流工程，其时间与直流系统运行时间相同；对 于双极直流工程，一般指建设初期单极大地回线运行 的时间,有时还需要考虑双极不平衡运行方式的时间 c. 最大过负荷电流持续运行时间一般为几小 时d. 最大短时电流持续时间一般仅为3～10s国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE2.1.3入地电流 • 直流系统入地电流一般分为:正常额定电流， 最大过负荷电流，最大短时电流和不平衡电流 (1)正常额定电流 • 正常额定电流系指直流系统以大地回线方式运行 时，流过接地极的最大正常工作电流在对称双 极直流系统中 • • 式中： In为正常额定电流，A；Pn为双极额定输送 容量，kW；Un为额定直流电压，kV。
国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE（2）最大过负荷电流 • 最大过负荷电流系指直流输电系统在最高环境温 度时，能在一定时间内可输送的最大负荷电流 在葛南、天广和三常直流输电工程中，最大过负 荷电流Im=1.1In （3）最大短时电流 • 最大短时电流系指当直流系统发生故障时，流过 接地极的暂态过电流最大短时过电流一般取正 常额定电流的1.5倍左右，持续时间为数秒在 设计接地极时，该电流主要是用于控制计算地面 最大跨步电压国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE（4）不平衡电流 • 不平衡电流为两极电流之差对于双极对称运行 方式，在理想情况下，没有电流流过接地极但 实际上，由于触发角和设备参数的差异，也有不 平衡电流流过，其值大小可由控制系统自动控制 在额定电流的1%之内当双极电流不对称运行时 ，流过接地极的电流为两极运行电流之差国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE2.2 设计寿命• 影响接地极使用寿命的主要因素是馈电材料溶解 ——电腐蚀。
大地（如土壤、水等）相当于电解 液，当直流电流通过大地返还时，在阳极产生氧 化反应，产生电腐蚀 • 根据法拉第（Faraday）电解作用定律，阳极电腐 蚀量不但与材料有关，而且与电流和作用时间之 乘积成正比因此，电极设计寿命采用以阳极运 行的电流与时间之乘积（安培·小时或安培·年 ）来表示国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE每个接地极在规定的运行年限里，接地极以阳极运 行的总的安时数Fy表示为：Fy=F1+F2q+F2j+F2 在实际运行中，接地极往往并不严格按设计时规定 的运行方式运行，为了确保接地极在规定运行年限 里正常运行，在接地极设计时应留有裕度 2.2.1 单极运行 单极运行期间阳极的安时数可按下式计算:F1=8760×In×T0式中，F1为单极投运期间的安时数，Ah；In为正 常额定电流，A；T0为单极运行时间，年国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE2.2.2 一极强迫停运 • 两端换流站接地极出现以阳极运行的安时数可 按下式计算: F2q=8760×In×Pqy×Pqt×F×2 式中，F2q为一极强迫停运时，任意一端接 地极出现以阳极运行的安时数（Ah）；Pqy为一 极强迫停运时，任意一端接地极出现以阳极运 行的概率； Pqt为一极强迫停运时，任意一端接 地极出现以阳极运行的年时间比；F为直流接地 极设计运行寿命（年）。
国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE2.2.3 一极计划停运 • 一极计划停运时的安时数可按下式计算: F2j=8760×In×Pjy×Pjt×F×2 式中 F2j为一极计划停运时，任意一端接 地极出现以阳极运行的安时数，Ah；Pjy为一极 计划停运时，任意一端接地极出现以阳极运行 的概率；Pjt为一极计划停运时，任意一端接地 极出现以阳极运行的年时间比；F为直流接地极 设计运行寿命，年国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE2.2.4 不平衡电流 双极不平衡电流作用下的两端换流站接地极出现以 阳极运行的安时数可按下式计算：F2=8760×In×(F-T0) 式中，F2为双极运行期间，任意一端接地极出 现以阳极运行的安时数，Ah国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE2.3 最大允许跨步电压2.3.1 基本准则 • 直流接地极不同于交流地网：a. 由于直流系统工作电流长时间地通过接地 极是直流接地极正常运行工况，因而地面电位及 电位梯度是持续存在的；b. 人畜对直流电流的感受影响较交流敏感；c. 在我国由于人均耕地面积少，一般要求设 立接地极不应影响农民耕种，即不考虑征地，允 许农民继续耕种。
国网武汉高压研究院WUHAN HIGH VOLTAGE RESEARCH INSTITUTE• 在进行直流接地极设计时，最大允许跨步电压 的标准，一般不是依据对。