CN105762825B - 一种直流接地极系统及互联的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高压直流输电技术领域，具体而言，涉及一种直流接地极系统及互联的方法。该直流接地极系统包括：一个以上直流接地极、一个以上直流换流站和总汇流点，所有直流接地极和直流换流站分别与总汇流点通过连接线连接，形成放射状直流接地极群。总汇流点将各个直流输电系统中要传输到接地极的电流，通过直流换流站汇聚在一个点上，再根据每个直流接地极的分流能力设置电流分配方案。该系统不仅具有很好的分流效果，且在某一直流接地极线路发生故障时，可重新调整分配方案继续正常工作。在新增直流换流站的情况下，也无需增建相应的直流接地极，从而解决了直流接地系统分流效果低、不稳定，以及在新建换流站时重新调整系统费时费力的问题。

Description

一种直流接地极系统及互联的方法

技术领域

本发明涉及高压直流输电技术领域，具体而言，涉及一种直流接地极系统及互联的方法。

背景技术

直流输电系统在单极大地方式下运行时，会有很大的直流电流从接地极流入或流出大地。尤其是在特高压直流系统中，接地极处注入或抽出的直流电流可以高达几千安培。这一电流在土壤中形成电位分布，会对附近的交流系统产生影响。这导致中性点直接接地的变压器中有直流电流流过，变压器直流偏磁现象严重，进一步出现变压器绕组发热增加、运行噪声大幅度上升等一系列严重问题。中国经济发展较快的东部沿海地区耗电量大，它们也是直流接地极分布集中的区域。直流输电工程的受端往往集中在广东、上海等地，仅在广州周边就分布建设有四个直流接地极。这些直流接地极在运行时为区域内带来复杂的电磁环境干扰。

目前，针对直流接地极入地电流会影响交流系统，给交流变电站带来变压器直流偏磁问题的解决方案有两类：第一类是在交流系统各处增加抑制或者隔离直流电流的设备，比如：1、合理选择交流变压器；2、在变压器中性点串连电容、电阻，或安装反向电流装置来阻断交流变电站内的直流通路。第二类是设法控制直流干扰源强度，比如：3、在交流变电站或直流接地极的设计选址阶段对直流偏磁问题予以考虑，优化选址；4、采取多个直流换流站共用接地极的运行方式。

然而上述方法也都存在各自的问题。例如第3种方法，在交流变电站或直流接地极选址的时候，需要综合考虑地区地形地貌，基础设施完善程度等多方面因素。即使完全根据降低直流偏磁影响的原则进行选址，由于交流站数量很大，也避免不了“众口难调”。第1种和4种方法都是可以作为条件允许情况下的优化方案，但不可能作为设计的优先满足标准。实际建设中可能必须要另建接地极或选取特定形式的变压器以满足换流或变电设施的功能。第2种方法存在成本很高、给交流系统保护配置带来困难等多方面问题。

总之，目前对于降低直流接地极入地电流对交流系统影响方面有多种解决方案，但是这些方案大多只能在不与其他主要设计条件冲突时采用，或者会给已有的交流系统带来新的问题。而且每次新建接地极时，对原系统的影响都比较大，需要重新调整各交流系统的抗扰措施，存在费时费力费钱的问题。

2011年4月，华东电力试验研究院获得直流接地系统及方法的专利。该发明提供了一种直流接地系统及方法，将多个直流接地极之间通过联络线并联，形成“接地岛”，实现了针对整个电网的分散入地电流，从而减小直流对周边变压器的影响。该方法通过环形连接使整个区域内的接地极形成“接地岛”，从而改善了整个区域内直流接地极对周围交流系统的电磁影响。该发明强调接地极之间的联络线与直流高压线共用一条走廊进行架设，因此也充分的节约了土地资源。并且该发明提出了通过调整不同接地极之间的联络线参数来优化直流电流分配。

但是该发明仍然存在重要的缺陷。换流站接地极的接地电阻很小，一般在0.5Ω以下，甚至达到0.1Ω；而作为接地极之间的联络线，以截面积为400的铝钢绞线为例，其每公里的电阻在0.2欧姆以上。由于接地极之间距离很远，多数在几十公里甚至百公里，因此接地极之间联络线路的电阻就远大于接地极的接地电阻。这意味着在已有专利中，某一个直流接地极投入运行时，其他与之相连的接地极很难起到有效的分流作用，未能达到该发明所预想到的各接地极有效分流，降低对周边交流系统影响的效果。该专利中提出的通过调整联络线参数来控制各接地极入地电流的设想也难以实现。

同时已有专利所给出的范例为将接地极采用环形方式连接。我们认为，在考虑到接地极之间联络线路参数的情况下，接地极采用不同的线路结构进行连接区别很大。以环形连接方式为例，一旦其中某段连接线故障，将会导致入地电流的分配显著改变，系统的可靠性不高。在新建换流站时，新建接地极在环形连接线上的接入位置会再次影响到整个并联接地极的电流分布，从而需要重新调配环形连接线路的参数，或者需要重新评估各交流变压器所受到的影响，重新调整各变压器中性点处的直流电流抑制措施，费时费力。

因此，上述已有专利尽管理论上成立，但实践中难以实现其目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种直流接地极系统及互联的方法，以解决现阶段直流接地系统分流效果低、不稳定，以及在新建直流换流站时重新调整系统费时费力的问题。

本发明提供了一种直流接地极系统，其包括：

一个以上直流接地极、一个以上直流换流站和总汇流点，所有直流接地极和直流换流站分别与所述总汇流点通过连接线连接，形成放射状直流接地极群。

在一些实施例中，优选为，所述总汇流点与部分直流换流站通过多级换流站汇流点连接，并且相邻级的换流站汇流点相连接。所述总汇流点与部分直流接地极通过多级接地极汇流点连接，并且相邻级的接地极汇流点相连接。

连接线上安装有电阻调节装置，且连接线为多个线路，其中同一时间点只有一个线路连通所述直流接地极与所述接地极汇流点或总汇流点。

本发明还提供了一种直流接地极互联的方法，其包括：确定所述总汇流点的位置、换流站汇流点的位置、接地极汇流点的位置，所述换流站汇流点的位置根据直流换流站的相对位置和地理位置特征确定；所述接地极汇流点的位置根据直流接地极的相对位置和地理位置特征确定；所述总汇流点的位置根据换流站汇流点的位置、接地极汇流点的位置、直流换流站的相对位置、直流接地极的相对位置和地理位置特征确定；

获得直流接地极所在地区的表层土壤、深层土壤的电阻率分布；

将多个直流接地极构成的接地极区域内的入地直流电流在地中形成的电流场，与地上交流电网对应的直流电路相关联，确定接地极区域内流过变电站变压器中性点的直流电流最小值，计算获得每个接地极所能分担的最大直流电流；

搭建以各个直流接地极的接地电阻、连接线电阻为元件的放射状直流接地极群等效直流电路，并以各个直流接地极入地直流电流值和总汇流点电位最小为变量的目标函数，求得各个直流接地极和总汇流点的连接线电阻值；

以所述连接线电阻值，以及确定的总汇流点与各直流接地极的相对位置确定相应接地极与总汇流点连接线的参数；

将汇流点与各直流接地极相连，使各处接地极联合起来构成放射状直流接地极群。

在一些实施例中，优选为，通过电磁探测法获得直流接地极所在地区的表层土壤、深层土壤的电阻率分布；使用场路耦合方法将多个直流接地极构成的接地极区域内的入地电流在地中形成的电流场，与地上交流电网对应的直流电路相关联。

如若新增直流换流站或直流接地极的话，将新增的直流换流站直接与总汇流点或换流站汇流点相连，不再直接与直流接地极相连；将新增的直流接地极直接与总汇流点或接地极汇流点相连，相互无需直接互联。

本发明实施例提供的直流接地极系统及互联的方法，与现有技术相比，是将所有直流接地极分别与总汇流点通过连接线连接，形成一个放射状直流接地极群。并且，该总汇流点将各个直流输电系统中要传输到接地极的电流，通过直流换流站或换流站汇流点汇聚在一个点上，再根据每个直流接地极的分流能力设置直流接地极分配电流的方案。然后，该系统按照设置好的分配方案将汇聚在一起的电流分配给各个直流接地极，从而提高了直流接地极分流的效果。

在某一直流接地极线路发生故障时，通过调控连接线上的电阻调节装置快速重置分配方案，该系统仍能正常工作，因此解决了现阶段直流接地极传统稳定性、可靠性低的问题。在新建直流换流站的情况下，可将新建的直流换流站直接接入总汇流点或换流站汇流点，无需增建相应的直流接地极，不仅一定条件下节约了土地资源，也有效的解决了现阶段在新建换流站时重新调整系统费时费力费财的问题。

附图说明

图1为本发明一个实施例中直流接地极系统示意图；

图2为本发明一个实施例中直流接地极系统示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对现阶段的直流接地系统分流效果低、不稳定，以及在新建换流站时重新调整系统费时费力的问题，本发明提出了一种直流接地极系统及互联方法。

一种直流接地极系统，其具体包括：一个以上直流接地极、一个以上直流换流站和总汇流点，所有直流接地极和直流换流站分别与总汇流点通过连接线连接，形成放射状直流接地极群。如图1所示，1号直流接地极、2号直流接地极和3号直流接地极之间互不连接，分别并联接入总汇流点O，同样直流换流站不再直接与接地极相连，而是直流换流站A、直流换流站B、直流换流站C和直流换流站D也分别并联接入总汇流点O。该放射状直流接地极群将各个直流输电系统中要传输到接地极的电流，通过直流换流站汇聚到总汇流点O上。根据每个直流接地极的分流能力，设置电流分配方案，将汇聚在一起的电流通过总汇流点O分配到各个直流接地极。

该系统的各个直流接地极、直流换流站与总汇流点的连接方式并非只有上述一种，还可以是：总汇流点与部分直流换流站通过多级换流站汇流点连接，并且相邻级的换流站汇流点相连接；总汇流点与部分直流接地极通过多级接地极汇流点连接，并且相邻级的接地极汇流点相连接。如图2所示，该连接结构呈树枝状，将直流接地极或直流换流站通过多级相应汇流点与总汇流点连接。上述多级接地极汇流点可分别为一级接地极汇流点、二级接地极汇流点以二级以上接地极汇流点，其中一级接地极汇流点即直接与总汇流点连接的接地极汇流点，二级接地极汇流点即与总汇流点之间通过一级接地极汇流点连接，三级接地极汇流点与二级接地极汇流点连接，并且与总汇流点直流连接有一级接地极汇流点和二级接地极汇流点，以此类推。同理，多级换流站汇流点之间的连接与之相同。

该结构不仅可将所有直流接地极相对位置即地形因素都可考虑进去，还能在敷设连接线中降低工程造价。在工作时，直流换流站的电流先汇聚到多级换流站汇流点，最后归总到总汇流点。总汇流点同样根据每个直流接地极的分流能力，设置分流方案，将汇聚在一起的电流分配给直接与总汇流点连接的直流接地极，以及依次分配给一级接地极汇流点、二级接地极汇流点、三级接地极汇流点等等，各级接地极汇流点再将电流分配给与之连接的直流接地极。

总汇流点O的位置在整个系统中是至关重要的，其由所有直流接地极、直流换流站的位置以及地理位置特征确定的，因为所有直流接地极的位置以及地理位置特征都会影响敷设连接线工程的成本，在保证系统能够运作以及敷设连接线工程成本尽量低的前提下，以投资、维护最优为原则，确定总汇流点的具体位置。换流站汇流点和接地极汇流点位置的确定同样考虑上述因素。

该直流接地极系统拓扑结构稳定，各接地极分得各直流系统注入或流出大地电流的比例是固定的。再新建直流换流站或将已有的直流换流站接入该系统时，可以直接连接已有的换流站汇流点或总汇流点接入到原本的直流接地极系统中，无需建设新的直流接地极，并且接入时无需再完全重新调配已有的接地极电流分配方案，大大减少了接地极设计、优化的工作量和投资。并且，即使连接某个直流接地极的线路故障，其他接地极仍然并联，仍可以有效的承担分流作用，提高了可靠性。或者，接入新的直流接地极，可将新建的直流接地极直接接入接地极汇流点或总汇流点。如图1所示，对于新增的直流换流站E，如需大地回线，可直接将换流站换流阀中性点通过高压导线引至O点，将放射状直流接地极集群作为接地极使用。对于新建4号直流接地极，直接连接至O点，构成新的更大规模的直流接地极群。

在调配分流方案时，由于直流接地极的接地电阻非常小，远小于直流接地极与接地极汇流点所连的连接线的电阻，因此很容易通过使用不同型号导线改变导线的电阻，从而调节各个直流接地极分流的比例，控制策略非常简单。因此，可在各个直流接地极与总汇流点O或接地极汇流点之间敷设的连接线为一个以上线路，每个线路的规格、型号不同，但是同一时间点只有一个线路连通直流接地极与总汇流点或接地极汇流点。通过调配使用不同规格、型号的连接线，调节分流方案。

连接线上还可以安装电阻调节装置，同样可以通过调节该电阻调节装置，来调节各个直流接地极分流的比例，其中，电阻调节装置为滑动变阻器或电阻箱或电位器。实现调节各个直流接地极分流的比例，是通过调节电阻调节装置的档位以改变所在连接线的总阻值，进而连接线可通过的电流量会发生变化，各个接地极是并联连接，则选用电阻值小的档位，其所在的连接线所能分担的直流电流变大；相反，选用电阻值大的档位，其所在的连接线所能分担的直流电流变小，从而也就起到了调配分流方案的作用。现阶段，电阻调节装置的技术已经非常成熟，故不再对其结构及使用作详细概述。

该直流接地极系统，对于任意一个或多个直流换流站，在其以单极-大地方式运行时，各个直流接地极注入或抽出的电流由总汇流点统一分配，且大小比例都相同。因此，整个区域内各处地电位分布是等比例的增高或降低的，这样给我们评估各处交流设施的抗扰措施带来了很大的便利。

针对上述直流接地极系统，设计了对应的直流接地极互联方法，接下来，对该方法做详细说明：

该方法的实现需要确定总汇流点的位置、换流站汇流点的位置、接地极汇流点的位置，其中，换流站汇流点的位置根据直流换流站的相对位置和地理位置特征确定，接地极汇流点的位置根据直流接地极的相对位置和地理位置特征确定，总汇流点的位置根据换流站汇流点的位置、接地极汇流点的位置、直流换流站的相对位置、直流接地极的相对位置和地理位置特征确定。

通过电磁探测法获得直流接地极所在地区的表层土壤、深层土壤的电阻率分布。使用场路耦合方法将多个直流接地极构成的接地极区域内的入地直流电流在地中形成的电流场，与地上交流电网对应的直流电路相关联，确定接地极区域内流过变电站变压器中性点的直流电流最小值，计算获得每个接地极所能分担的最大直流电流。即计算获得每个直流接地极入地电流所能影响的范围内的所有变电站，所能承受的最小入地直流电流。在分流时，每个直流接地极所分得的电流小于此最小入地直流电流，故而将对变电站变压器中性点的影响降到最小，且均在每个变电站所能承受的范围内。

在上述基础上，搭建以各个直流接地极的接地电阻、连接线电阻为元件的放射状直流接地极群等效直流电路，并以各个直流接地极入地直流电流值和总汇流点电位最小为变量的目标函数，求得各个直流接地极和总汇流点的连接线电阻值。

以连接线电阻值，以及确定的总汇流点与各直流接地极的相对位置确定相应接地极与总汇流点连接线的参数，根据该参数来确定连接线的选择，即确定要使用的连接线的型号、规格。将各直流接地极与多级接地极汇流点、总汇流点相连，使各处接地极联合起来构成放射状直流接地极群。

在上述放射状直流接地极群中，可在连接线上安装电阻调节装置，通过调节电阻调节装置的档位，在一定范围内调节所在连接线所能分担电流的能力。并且，在新增直流接地极或直流换流站时，将新增的直流换流站直接与总汇流点或换流站汇流点相连，将新增的直流接地极直接与总汇流点或接地极汇流点相连，而整个分流方案的调试，可以通过调节连接线上的电阻调节装置。选用电阻值小的档位，则其所在的连接线所能分担的直流电流变大；相反，选用电阻值大的档位，其所在的连接线所能分担的直流电流变小，从而在一定范围内调节了整个系统的电流分配。

该互联方法的原理同上述直流接地极系统原理相同，故不作详细陈述。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种直流接地极互联方法，其特征在于，包括：确定总汇流点的位置、换流站汇流点的位置、接地极汇流点的位置，所述换流站汇流点的位置根据直流换流站的相对位置和地理位置特征确定；所述接地极汇流点的位置根据直流接地极的相对位置和地理位置特征确定；所述总汇流点的位置根据换流站汇流点的位置、接地极汇流点的位置、直流换流站的相对位置、直流接地极的相对位置和地理位置特征确定；

获得直流接地极所在地区的表层土壤、深层土壤的电阻率分布；

将多个直流接地极构成的接地极区域内的入地直流电流在地中形成的电流场，与地上交流电网对应的直流电路相关联，确定接地极区域内流过变电站变压器中性点的直流电流最小值，计算获得每个接地极所能分担的最大直流电流；

搭建以各个直流接地极的接地电阻、连接线电阻为元件的放射状直流接地极群等效直流电路，并以各个直流接地极入地直流电流值和总汇流点电位最小为变量的目标函数，求得各个直流接地极和总汇流点的连接线电阻值；

以所述连接线电阻值，以及确定的总汇流点与各直流接地极的相对位置确定相应接地极与总汇流点连接线的参数，根据所述参数来确定连接线的选择；

将总汇流点、各级接地极汇流点与各直流接地极通过连接线相连，使各处接地极联合起来构成放射状直流接地极群。

2.如权利要求1所述的直流接地极互联方法，其特征在于，通过电磁探测法获得直流接地极所在地区的表层土壤、深层土壤的电阻率分布。

3.如权利要求1所述的直流接地极互联方法，其特征在于，使用场路耦合方法将多个直流接地极构成的接地极区域内的入地电流在地中形成的电流场，与地上交流电网对应的直流电路相关联。

4.如权利要求1所述的直流接地极互联方法，其特征在于，将新增的直流换流站直接与总汇流点或换流站汇流点相连；和/或，

将新增的直流接地极直接与总汇流点或接地极汇流点相连。

5.如权利要求1-4任一项所述的直流接地极互联方法，其特征在于，连接线选择确定后，在连接线上安装电阻调节装置，电阻调节装置选用电阻值小的档位，则其所在的连接线所能分担的直流电流变大；相反，选用电阻值大的档位，其所在的连接线所能分担的直流电流变小。

6.一种应用权利要求1所述的直流接地极互联方法的直流接地极系统，其特征在于，包括一个以上直流接地极、一个以上直流换流站和总汇流点，所有直流接地极和直流换流站分别与所述总汇流点通过连接线连接，形成放射状直流接地极群。

7.如权利要求6所述的直流接地极系统，其特征在于，所述总汇流点与部分直流换流站通过多级换流站汇流点连接，并且相邻级的换流站汇流点相连接。

8.如权利要求6所述的直流接地极系统，其特征在于，所述总汇流点与部分直流接地极通过多级接地极汇流点连接，并且相邻级的接地极汇流点相连接。

9.如权利要求6所述的直流接地极系统，其特征在于，所述连接线为一个以上线路，其中同一时间点只有一个线路连通所述直流接地极与所述接地极汇流点或总汇流点。

10.如权利要求6-9任一项所述的直流接地极系统，其特征在于，连接线上安装有电阻调节装置。