(2)接地極垂直設(shè)計方案。

垂直型接地極是由眾多的垂直于地面布置的子電極并聯(lián)組合而成，子電極各自相對獨立。由圖2所示計算結(jié)果可知，不規(guī)則雙環(huán)方案接地極土地利用率較高，跨步電壓計算結(jié)果相對較小，因此垂直型接地極設(shè)計方案參考不規(guī)則雙環(huán)型接地極方案進(jìn)行垂直極的布置。在極環(huán)上每間隔20 m 設(shè)置一根30 m 長的垂直接地極，垂直電極頂端距地面5 m[11]。根據(jù)參考文獻(xiàn)[11]，在不規(guī)則雙圓環(huán)布置情況下垂直型跨步電壓的計算結(jié)果，繪制此方案的跨步電壓曲線圖，見圖3。

圖3結(jié)果顯示，由于推薦極址7 m以下土壤電阻率穩(wěn)定、阻值較小(見表1)，采用垂直型接地極有利于減小接地極跨步電壓。根據(jù)計算結(jié)果與跨步電壓控制值之間的對比，此設(shè)計方案在不同表層土壤電阻率下均滿足設(shè)計要求。

因此，普洱換流站采用垂直型接地極方案。采用垂直接地極設(shè)計方案，需注意接地極溫度不能超過90 ℃，通過控制接地極的焦炭使用量可以滿足溫升的要求。

圖3 雙環(huán)垂直型接地極跨步電壓計算值與控制值對比圖

Fig. 3 Step-voltage comparison diagram between the double rings vertical ground electrode calculated result and the controlled value

1.3 現(xiàn)階段工程情況分析

對于直流工程接地極設(shè)計，極址選址是關(guān)鍵。若工程的落點是負(fù)荷中心，勢必存在地區(qū)輸油輸氣管線分布密集的情況。接地極選址應(yīng)高度重視對其影響的評估，首先收資范圍應(yīng)參考青州換流站的接地極，進(jìn)行大范圍篩查，先鎖定所有潛在區(qū)域，尋找最優(yōu)區(qū)域后，再進(jìn)行詳細(xì)收資，確定備選極址。對于備選極址周圍仍然存在較多輸油輸氣管線的情況，務(wù)必與當(dāng)?shù)貙I(yè)部門進(jìn)行配合，出具更為專業(yè)詳盡的評估報告，最后進(jìn)行仿真評估。

同樣，當(dāng)直流輸電工程土地使用權(quán)嚴(yán)苛?xí)r，采用垂直接地極能顯著降低接地極的跨步電壓，且允許極址存在一定高差，可以大幅度縮小接地極占地面積和對其周邊的影響范圍，降低接地極的選址難度。但是，由于垂直型接地極電極溢流密度分布不均，端部發(fā)熱較嚴(yán)重，因此垂直接地極設(shè)計應(yīng)重點關(guān)注電極的發(fā)熱問題。目前解決問題的思路主要是新材料的研發(fā)和減少單極大地持續(xù)運(yùn)行的時間，普洱換流站之所以能夠?qū)崿F(xiàn)垂直接地極的設(shè)計，主要是因為將原來額定的30天連續(xù)運(yùn)行時間縮減到了3天[11]。對于跨國工程，輸送容量勢必很大，額定電流不會小于普洱工程的額定電流，因此對單極大地連續(xù)運(yùn)行時間的規(guī)定，將是其中的關(guān)鍵因素之一。

2 未來工程海洋接地極設(shè)計思路

中國直流工程多建設(shè)在陸地，對于今后的直流工程，若換流站落點在沿海附近，海洋接地極的設(shè)計將要求研究新的思路。

接地極選址在近海地區(qū)的優(yōu)點：①海水電阻率極低，利于電流流通;②可有效控制接地極溫升問題;③較陸地接地極的深埋方式，埋深淺，工程施工難度低;④較金屬饋線返回方式，造價低。

帶來的問題：①海洋接地極維護(hù)均較陸地接地?zé)┈崳夷壳皣鴥?nèi)經(jīng)驗較少;②對海工設(shè)施(海底油氣管道和地下建筑等)及接地極附近船舶的腐蝕，缺少基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和結(jié)論;③地下、海下電纜的磁場效應(yīng)對磁導(dǎo)航的影響，缺少基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和結(jié)論;④金屬電極的電解與電化學(xué)效應(yīng)對海洋生態(tài)的影響，缺少基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和結(jié)論;⑤對鄰近發(fā)電廠、變電站、鐵路、通信系統(tǒng)的影響，缺少基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和結(jié)論。

根據(jù)相關(guān)研究報告，目前世界在其他領(lǐng)域應(yīng)用電極時已廣泛研究實現(xiàn)海底埋設(shè)的情況。單回接地極線路由架空線接至海岸，在適當(dāng)位置選擇電纜埋管敷設(shè)方式接入海邊連接地房處隔離開關(guān)，見圖4。在連接房，接地電纜分裂成數(shù)十根饋線電纜，分別引入海下電極中，見圖4、圖5。

圖4 海岸電極埋設(shè)示意圖(整體)

Fig. 4 Layout schematic of coastal grounding pole (overall)

Fig. 5 Layout schematic of coastal grounding pole(partly)

如果未來全球能源互聯(lián)網(wǎng)工程需要在沿海地區(qū)建設(shè)特高壓直流輸電工程，接地極有可能涉及海洋接地這一領(lǐng)域，可以在借鑒上述經(jīng)驗的基礎(chǔ)上開展研究。

3 結(jié)論

在特高壓直流工程被廣泛應(yīng)用的大環(huán)境下，換流站接地極設(shè)計已成為一個備受關(guān)注的問題。

(1)換流站接地極設(shè)計可分為接地極選址及接地極本體設(shè)計兩個部分，其中接地極選址是關(guān)鍵。

(2)接地極選址程序可參考青州站選址案例，首先進(jìn)行大范圍篩查，鎖定所有潛在區(qū)域，尋找最優(yōu)區(qū)域后，再進(jìn)行詳細(xì)收資，確定備選極址。對于備選極址周圍仍存在較多輸油輸氣管線的情況，要進(jìn)行仿真評估，并與當(dāng)?shù)貙I(yè)部門進(jìn)行配合，出具詳盡的評估報告。

(3)接地極本體形式的設(shè)計，應(yīng)優(yōu)先選擇單圓型布置，其次是多個同心圓環(huán)型布置。在設(shè)計中采用垂直型接地極時，可參考普洱換流站垂直接地極應(yīng)用的典型案例，特別關(guān)注垂直型接地極的適用環(huán)境或條件，揚(yáng)長避短。

(4)展望未來全球能源互聯(lián)網(wǎng)特高壓直流輸電技術(shù)實踐，接地極海岸電極埋設(shè)可能選址海邊，在分析海洋接地極選址優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，本文提出了海岸電極埋設(shè)的設(shè)想。

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作者簡介：

胡勁松(1968)，教授級高級工程師，主要從事特高壓工程關(guān)鍵技術(shù)、復(fù)雜地理環(huán)境下電網(wǎng)工程技術(shù)和智能變電站設(shè)計等方面研究和設(shè)計咨詢工作。入選“新世紀(jì)百千萬人才工程”國家級人選，評選為四川省第九批學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人。E-mail：h ujingsong@ch inasperi.sgcc.com.cn。

鄭宇光(1989)，碩士，畢業(yè)于荷蘭代爾夫特理工大學(xué)，主要從事?lián)Q流站設(shè)計工作。

于洋(1978)，博士，高級工程師，主要研究方向為直流輸電規(guī)劃與設(shè)計。