高壓直流共用接地極運(yùn)行故障風(fēng)險分析及監(jiān)控措施

阮傳淦

摘要：為了節(jié)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(yùn)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(yùn)行故障的主要風(fēng)險，提出具體監(jiān)控措施，對后續(xù)共用接地極的建設(shè)、運(yùn)行有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：共用接地極、運(yùn)行故障、風(fēng)險分析

一、共用接地極運(yùn)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(yùn)行的情況。共用接地極接線示意圖如下：

根據(jù)運(yùn)行方式安排，新東直流東方換流站獨(dú)立使用深井接地極運(yùn)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(yùn)行。

按照《高壓直流輸電大地返回系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5224-2014）3.1.3節(jié)規(guī)定，根據(jù)深井接地極設(shè)計參數(shù)，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(yùn)行時間不超過12h。在深井接地極投入運(yùn)行時，根據(jù)垂直接地極設(shè)計參數(shù)，考慮到接地極溫升、跨步電壓等因素，兩個垂直接地極并聯(lián)運(yùn)行允許最大入地電流不超過6400A，運(yùn)行時間不超過14h。

二、運(yùn)行故障主要風(fēng)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(shè)備）均是相互獨(dú)立的，接地極線路故障不會擴(kuò)大影響范圍。因此，接地極線路的故障不影響其它直流運(yùn)行，無運(yùn)行風(fēng)險。

（二）互聯(lián)線路

當(dāng)互聯(lián)線路發(fā)生斷線或短路故障時，若直流單極大地運(yùn)行出現(xiàn)入地電流，一方面可能導(dǎo)致垂直接地極分流不均衡，存在接地導(dǎo)流極過熱的風(fēng)險，另一方面可能出現(xiàn)短路點跨步電勢超標(biāo)問題，存在人員觸電的風(fēng)險。為了盡快隔離互聯(lián)線路，需將昆柳龍直流、牛從直流轉(zhuǎn)為單極金屬回線運(yùn)行或停運(yùn)，存在直流線路單極非計劃停運(yùn)的運(yùn)行風(fēng)險。

（三）接地極

接地極故障主要有導(dǎo)流電纜斷線、極環(huán)停運(yùn)（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(yùn)（設(shè)計允許1根電纜斷線或1段電極停運(yùn)），則接地極額定電流運(yùn)行時存在過流的風(fēng)險。經(jīng)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(yùn)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(yùn)，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(yuǎn)、隱蔽，故障難以及時發(fā)現(xiàn)，發(fā)生故障后長時間過流運(yùn)行會進(jìn)一步擴(kuò)大故障范圍。

三、主要監(jiān)控措施

（一）導(dǎo)流中心入地電流在線監(jiān)測

由于接地極位置偏遠(yuǎn)及故障隱蔽的特點，在運(yùn)行過程中出現(xiàn)饋電電纜分流不均，可能導(dǎo)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(xiàn)跨步電勢過大、土壤發(fā)熱、電極腐蝕、電纜燒損等問題，通過在接地極導(dǎo)流中心安裝饋線電流監(jiān)測裝置監(jiān)視接地極饋線電纜電流，實時判斷饋線電纜和電極運(yùn)行情況。

垂直接地極共有16根主導(dǎo)流電纜，在導(dǎo)流構(gòu)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(dǎo)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(shù)據(jù)不需提供給直流控制保護(hù)使用，所以對電流數(shù)據(jù)的時效性和準(zhǔn)確性要求不高，可采用霍爾電流傳感器?；魻栯娏鱾鞲衅鬟x用開環(huán)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(xì)致處理。

（二）電纜接頭紅外測溫

在單極大地方式運(yùn)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(xiàn)異常溫升前及時采取預(yù)控措施，需實時監(jiān)測電纜頭溫升。受接地極運(yùn)行的不確定性及與運(yùn)維站點駐地距離影響，運(yùn)維人員難以現(xiàn)場開展紅外測溫工作。通過在接地極中心導(dǎo)流區(qū)饋電電纜終端頭部署光纖式溫度在線監(jiān)測裝置，通過公用網(wǎng)絡(luò)將信號傳輸?shù)竭\(yùn)維自動化系統(tǒng)，在接地極運(yùn)行時掌握饋電電纜溫度變化趨勢，達(dá)到電纜溫度預(yù)警閥值自動報警，確保應(yīng)急處置第一時間開展。

（三）互聯(lián)線路圖像監(jiān)測

兩個垂直接地極互聯(lián)線路長度995m，線路全部位于平地，由于互聯(lián)線路故障對直流系統(tǒng)影響較大，通過線路鐵塔上安裝2套在線視頻/圖像監(jiān)測裝置，實現(xiàn)互聯(lián)線路導(dǎo)線和鐵塔的實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)互聯(lián)線路故障隱患。

三、結(jié)論

多回高壓直流共用接地極運(yùn)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(yùn)行方式由一定的限制要求。共用接地極互聯(lián)線路以及接地極故障時，將導(dǎo)致其他接地極入地電流增大，可能超出其設(shè)計的運(yùn)行邊界條件，從而影響直流運(yùn)行方式，導(dǎo)致直流單極非計劃等情況。為了及時發(fā)現(xiàn)其運(yùn)行故障，可通過加裝導(dǎo)流中心電流監(jiān)測裝置、互聯(lián)線路圖像監(jiān)測裝置以及對電纜接頭進(jìn)行紅外監(jiān)測等措施，及時發(fā)現(xiàn)處置運(yùn)行隱患，降低運(yùn)行風(fēng)險。

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