CN103050907B - 一种直流输电系统共用接地极安全检修方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流输电系统共用接地极安全检修方法，该方法针对共用接地极的两个直流输电系统，分别测量所述两个直流输电系统同时双极运行、同时单极运行、一个双极另一个单极运行三种工况下共用接地极入地端的对地电压、接触电压和跨步电压；以及测量一个直流系统停运，另一个直流系统从双极运行方式转变为单极运行方式的瞬间，共用接地极入地端产生的冲击电压。判断所述对地电压、接触电压、跨步电压和冲击电压是否超过人体安全电压标准，如超过人体安全电压，则共用接地极处于危险环境。

Description

一种直流输电系统共用接地极安全检修方法

技术领域

本发明涉及一种接地极检修方法，具体地指一种直流输电系统共用接地极安全检修方法。

背景技术

目前，随着电力工业的高速发展，长距离、大容量直流输电技术成为大电网的前沿技术，我国已经建成多条超高压乃至特高压直流输电线路。为了节省土地资源，降低造价及施工成本，开展了直流输电系统共用接地极技术的研究工作，并在±500kV龙政直流输电系统与±500kV林枫直流输电系统两大直流输电系统成功实现了共用接地极的可靠运行。截止目前，两大直流输电系统共用接地极运行稳定可靠，但给其中一条直流输电系统带电运行而另外一条直流输电系统停电检修带来麻烦，主要表现在共用接地极极址及接地极线路上存在接触电势、对地电压及跨步电压等超过人体安全电压的问题，对检修作业人员存在安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种直流输电系统共用接地极安全检修方法，检测共用接地极极址及接地极线路上存在的接触电势、对地电压、跨步电压和冲击电势，为判断是否超过人体安全电压提供参考。

实现本发明目的采用的技术方案是：一种直流输电系统共用接地极安全检修方法，包括以下步骤：

对共用接地极的两个直流输电系统，分别测量所述两个直流输电系统同时双极运行、同时单极运行、一个双极另一个单极运行三种工况下共用接地极入地端的对地电压、接触电压和跨步电压；以及测量一个直流系统停运，另一个直流系统从双极运行方式转变为单极运行方式的瞬间，共用接地极入地端产生的冲击电压；

判断所述对地电压、接触电压、跨步电压和冲击电压是否超过人体安全电压标准，如超过人体安全电压，则共用接地极处于危险环境，检修需采取相应安全措施解除危险环境。

在上述技术方案中，所述测量对地电压的具体方法是：

将直流模拟电源安放在换流站，通过共用接地极线路将电流注入直流接地极，即将直流模拟电源的正极与共用接地极线路连接，将直流模拟电源的负极与换流站地网连接；

测量接地极入地端终端杆塔导线对零电位参考点的电位差Ug，即得到共用接地极入地端导线对地电压。

其中，所述零电位参考点与所述共用接地极之间的距离大于10km。

在上述技术方案中，所述测量接触电压的具体方法是：

将直流模拟电源安放在换流站，通过共用接地极线路将电流注入直流接地极；

在与直流接地极址附近设备的地面设置电极，测量所述地面设备上与地面距离为人触摸高度高的点与所述设置电极之间的电位差，即得到接触电压。

在上述技术方案中，所述测量跨步电压的具体方法是：

取直流接地极入地端附近的两个测试点P1和P2，将两个不极化电极分别放在所述两个测量点P1和P2上；

在所述两个测量点P1和P2之间连接人体等效电阻；

将直流模拟电源安放在换流站，通过共用接地极线路将电流注入直流接地极；

测量所述人体等效电阻两端的电压，即得到测量点P1和P2之间的跨步电压。

在上述技术方案中，所述共用接地极入地端产生冲击电压U_m==IR_i，其中R_i=αR_g，式中，α为冲击系数，R_i为冲击电阻，R_g为工频接地电阻。

所述共用接地极为水平环形接地极，该水平环形接地极的冲击系数α按下式计算：

$\mathrm{\α}=\frac{1}{1.35+3.3{\left(I_i\mathrm{\ρ}\right)}^{0.8}/D^{1.2}}$

式中，ρ为电阻率，I_i为冲击电流或雷电流的幅值，D为圆环导体的直径。

采用本发明方法，能够为直流输电系统共用接地极检修提供切实可行的依据，确保检修时人员及设备安全，产生较好的社会经济效益。

附图说明

图1为本发明直流输电系统共用接地极安全检修方法的流程图；

图2为龙政线和林枫线两个直流输电系统结构示意图；

图3为接地极入地端对地电压测量结构示意图；

图4为接地极入地端跨步电压测量结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。

如图2所示，本实施例以龙政线和林枫线两个直流输电系统为例说明本发明方法中各相关电压参数的测量。

测量对地电压、接触电势和跨步电压时，将直流模拟电源安放在换流站，通过共用接地极线路将电流注入直流接地极，即将直流模拟电源的正极与共用接地极线路连接，将直流模拟电源的负极与换流站地网连接；模拟电流大小选择为三种工况下实际运行电流的大小，具体为：（a）模拟两个直流输电系统同时双极运行工况下电流为60A；(b)模拟两个直流输电系统同时单极运行工况下的电流为6000A；(c)模拟两个直流系统中一个双极运行另一个单极运行工况下电流为3030A。

如图1所示，直流输电系统共用接地极安全检修方法具体包括以下步骤：

步骤S101、对地电压的具体测量方法如下：

如图3所示，测量接地极入地端终端杆塔导线对零电位参考点的电位差Ug，即得到共用接地极入地端导线对地电压。

步骤S102、接触电压的具体测量方法如下：

在与极址附近设备相距1m的地面设置电极，在测量所述设备上与地面距离为人触摸高度(本实施例为设备上距离地面为1.8m)的点与所设置的电极之间的电位差，即得到接触电压。

步骤S103、跨步电压的具体测量方法如下：

如图4所示，取接地极入地端附近的两个测试点P1和P2，将两个不极化电极分别放在所述测量点P1和P2上。两个测试点P1和P2之间的距离为人步幅的长度，本实施例中P1和P2之间的距离取1m。

在所述测量点P1和P2之间连接有人体等效电阻R，本实施例中R取1400欧。

测量所述人体等效电阻两端的电压，即得到测量点P1和P2之间的跨步电压。

步骤S104、下面分别用上述方法对两个直流输电系统同时双极运行，两个直流输电系统同时单极运行，一个双极运行另一个单极运行，三种工况下共用接地极入地端的对地电压、接触电势和跨步电压的现场测量进行说明。

（1）两个直流系统同时双极运行时测量各种参数

两个直流系统同时双极运行时，基于模拟直流电源测量的结果，运用换算电流的方式计算各种运行工况下的最大跨步电压，最大接触电势和共用接地极直流电阻及电位分布等参量。此时入地电流为不平衡电流为60A，与模拟电源测量时的50A电流相近，计算结果表明，此时的最大跨步电压为0.027V，最大接触电势为0.8126V，入地端电势为1.56V。

（2）两个直流系统同时单极运行时测量各种参数

两个直流系统同时单极运行时，基于模拟直流电源测量的结果，运用换算电流的方式计算各种运行工况下的最大跨步电压，最大接触电势和共用接地极直流电阻及电位分布等参量。此时，系统的入地端电流为6000A，此时接地极入地端电势大小162.22V，根据实际测量表明，此时，极址范围内最大跨步电压为2.696V，最大接触电势为80.56V，由于此时直流电流较大，对20km范围内变压器直流偏磁有显著影响，在此期间，附近变压器有明显噪声。

（3）两个直流系统中，一个系统双极运行，另外一个系统单极运行时各种参数

基于模拟直流电源测量的结果，运用换算电流的方式计算各种运行工况下的最大跨步电压，最大接触电势和共用接地极直流电阻及电位分布等参量。此时，入地电流为最大为3030A，接地极入地端电势大小为87.568V，极环附近的最大跨步电压为1.3615V，最大接触电势为41.035V。

（4）一个直流系统停运，另外一个直流系统从双极运行方式转变为单极运行方式的瞬间，接地极入地端产生的冲击电压参数。

此情况下，电流在瞬间由30A突变为3000A，电流的最大幅值为3000A，测量冲击电流通过接地极流向大地时的接地体和土壤呈现的综合接地电阻，即为冲击接地电阻。

冲击接地电阻与工频接地电阻不同，因为冲击电流的幅值通常较大，可引起土壤放电，而且冲击电流的等值频率也比工频电流的高很多。冲击电流的等值频率也比工频电流高很多。冲击电流进入接地极时，会引起复杂的过渡过程，每个瞬间接地体呈现的有效电阻是不同的。此外，接地体上最大电压Um出现的时刻也不一定是电流Im最大的时刻。此时冲击电阻被定义为接地体上出现的冲击电位最大值Um与冲击电流最大值Im之比。

而事实上难以很好地测量此时接地体上的冲击电位最大值，但冲击电流最大值Im是已知。如能获得冲击电阻值，即可分析此时的接地极入地端产生的冲击电压（暂态电压）大小，根据冲击电阻与工频电阻之间的关系可知，冲击接地电阻与工频接地电阻之比称为冲击系数，冲击系数的数值与接地极的几何尺寸、冲击电流幅值和土壤电阻率等因素有关。因此，根据接地极的实际情况，可算出冲击系数，知道冲击系数之后，接地极的冲击接地电阻就可用接地极的工频接地电阻求得。

冲击接地电阻的计算：

冲击接地电阻可根据冲击系数法计算，也可根据冲击等值半径法计算。根据直流接地极的实际情况，这里采用冲击系数法计算。其通用公式如下：

R_i=αR_g

式中α为冲击系数；R_g为工频接地电阻。

对于水平环形接地极的冲击系数，可按下式计算：

$\mathrm{\α}=\frac{1}{1.35+3.3{\left(I_i\mathrm{\ρ}\right)}^{0.8}/D^{1.2}}$

式中：ρ为电阻率，I_i为冲击电流或雷电流的幅值，D为圆环导体的直径。

根据此式可知，此时电流最大幅值I_i为3000A，圆环直径D为720m，电阻率ρ为22.5Ω·m，可算得此时冲击系数为0.7407。

因此冲击电压U_m=IR_i=αIRg，式中R_i为冲击电阻，R_i=αR_g，根据测量获得的接地电阻R_g为0.02568Ω，算出此时冲击电压为57.06V。

步骤S105、将上述所测量的对地电压、接触电压和跨步电压与人体安全电压相比，判断是否超过人体安全电压。

我国安全电压多采用36Ｖ，该规定是以人体允许电流与人体电阻的乘积为依据的。36Ｖ大体相当于人体允许电流30ｍＡ，人体电阻1200Ω的情况，即大体相当于危险环境下的安全电压。

根据测量结果，在某一直流系统单极运行时，极环附近电位大约为87.568V，最大接触电压为41.035V，而当两条直流系统同时单极运行时，极环附近的电位和最大接触电压更高，而此时和接地极中心构架区域电位差约为40～60V，已超过安全电压。因此，在线路检修时，需按带电作业操作规程，做好绝缘防护措施。作业人员挂接地线时要戴绝缘手套，利用绝缘操作杆挂设接地线。其次，极址引线构架需用专用接地线，截面不小于25mm²。解开接头时，作业人员必须穿全套合格屏蔽服，解开的引流板要固定牢固。

本发明方法对共用接地极的两个直流输电系统在三种运行工况下，测量共用接地极入地端的对地电压、接触电压和跨步电压，判断是否超过人体安全电压，如果超过人体安全电压，则共用接地极处于危险环境。此时，当一条直流输电系统带电运行而另外一条直流输电系统停电检修时，为检修工作人员提供安全参考，以防止发生意外安全事故。如:当检修工作人员在共用接地极时，若停电的直流输电系统实际上并未通电，或者发生突发状况突然带电后，极易带来安全隐患，此时，如能采用本发明方法对直流输电系统在三种运行工况下的电压进行事先检测判断，即时提供安全电压的信息，能够有效避免安全事故的反生，保证了检修工作人员的安全。

Claims (8)

1.一种直流输电系统共用接地极安全检修方法，其特征在于：

对共用接地极的两个直流输电系统，分别测量所述两个直流输电系统同时双极运行、同时单极运行、一个双极另一个单极运行三种工况下共用接地极入地端的对地电压、接触电压和跨步电压；以及测量一个直流系统停运，另一个直流系统从双极运行方式转变为单极运行方式的瞬间，共用接地极入地端产生的冲击电压；

判断所述对地电压、接触电压、跨步电压和冲击电压是否超过人体安全电压标准，如超过人体安全电压，则共用接地极处于危险环境，检修需采取相应安全措施解除危险环境。

2.根据权利要求1所述直流输电系统共用接地极安全检修方法，其特征在于，所述测量对地电压的具体方法是：

将直流模拟电源安放在换流站，通过共用接地极线路将电流注入直流接地极，即将直流模拟电源的正极与共用接地极线路连接，将直流模拟电源的负极与换流站地网连接；

测量接地极入地端终端杆塔导线对零电位参考点的电位差Ug，即得到共用接地极入地端导线对地电压。

3.根据权利要求2所述直流输电系统共用接地极安全检修方法，其特征在于：所述零电位参考点与所述共用接地极之间的距离大于10km。

4.根据权利要求1所述直流输电系统共用接地极安全检修方法，其特征在于，所述测量接触电压的具体方法是：

将直流模拟电源安放在换流站，通过共用接地极线路将电流注入直流接地极；

在与直流接地极址附近设备的地面设置电极，测量所述地面设备上与地面距离为人触摸高度的点与所述设置电极之间的电位差，即得到接触电压。

5.根据权利要求1所述直流输电系统共用接地极安全检修方法，其特征在于，所述测量跨步电压的具体方法是：

取直流接地极入地端附近的两个测试点P1和P2，将两个不极化电极分别放在所述两个测量点P1和P2上；

在所述两个测量点P1和P2之间连接人体等效电阻；

将直流模拟电源安放在换流站，通过共用接地极线路将电流注入直流接地极；

测量所述人体等效电阻两端的电压，即得到测量点P1和P2之间的跨步电压。

6.根据权利要求2～5任一项所述直流输电系统共用接地极安全检修方法，其特征在于，所述直流模拟电源的模拟电流大小选择为三种工况下实际运行电流的大小，具体为：(a)模拟两个直流输电系统同时双极运行工况下电流为60A；(b)模拟两个直流输电系统同时单极运行工况下的电流为6000A；(c)模拟两个直流系统中一个双极运行另一个单极运行工况下电流为3030A。

7.根据权利要求1所述直流输电系统共用接地极安全检修方法，其特征在于，所述共用接地极入地端产生冲击电压U_m＝IR_i，其中R_i＝αR_g，式中，α为冲击系数，R_i为冲击电阻，R_g为工频接地电阻。

8.根据权利要求7所述直流输电系统共用接地极安全检修方法，其特征在于，所述共用接地极为水平环形接地极，该水平环形接地极的冲击系数α按下式计算：

$\mathrm{\α}=\frac{1}{1.35+3.3{\left(I_i\mathrm{\ρ}\right)}^{0.8}/D^{1.2}}$

式中，ρ为电阻率，I_i为冲击电流或雷电流的幅值，D为圆环导体的直径。