多个特高压直流系统共用接地极的研究

2007年5月Power System Technology May 2007 文章编号：1000-3673（2007）10-0022-06 中图分类号：TM712 文献标识码：A 学科代码：470·4054多个特高压直流系统共用接地极的研究朱艺颖（中国电力科学研究院，北京市海淀区100085）Study on Sharing Earth Electrode by Rectifiers or Inverters of Some UHVDC SystemsZHU Yi-ying（China Electric Power Research Institute，Haidian District，Beijing 100085，China）ABSTRACT: Sharing earth electrode by three UHVDC system rectifiers or inverters are studied respectively by electromagnetic transient analysis software EMTP-RV based on the main parameters of ±800kV HVDC project from Xiangjiaba to Nanhui. This paper analyzes the different operation modes of the UHVDC system sharing earth electrode from the aspect of power system stable operation. The merits and demerits of sharing earth electrode are summarized in detail. The feasible suggestions for the corresponding control and protection of UHVDC system sharing earth electrode are put forward. The simulation results show that the scheme of sharing earth electrode is feasible. However, the resistors of both the earth electrode and earth electrode line should be restricted within a certain range. In addition, there are very strict requirements for choosing the position to bury the earth electrode and designing the shared earth electrode itself.KEY WORDS: control and protection；earth electrode；operation mode；UHVDC摘要：根据向家坝－南汇±800kV直流输电工程的具体参数，利用电磁暂态计算软件EMTP-RV对3个特高压直流输电系统送端及受端分别采用共用接地极方案进行详细的仿真研究，从系统稳态运行角度进行了深入透彻地分析，对该方案的优缺点进行了详细总结，并对该方案下各直流输电控制系统的协调控制提出了可行性建议。

仿真结果表明，多个直流共用接地极的方案是可行的，但应该限制接地极接地电阻和引线电阻在一定范围，另外对接地极址的选择和共用接地极本体设计也有较高要求。

关键词：控制保护；接地极；运行方式；特高压直流0 引言国家电网公司计划建设3条±800kV直流输电线路从溪洛渡和向家坝水电站送出电力，建设1条±800kV直流输电线路从锦屏电站送出电力[1]。

4条直流线路的送端均处山区，相互之间的距离又很近，而受端均处繁华地带，人口居住密度很高，这就对接地极的选址造成了极大的困难，多个直流系统共用接地极的方案就是基于这种情况提出的。

由于±800kV直流输电工程的双极额定输送功率为6400MW，额定直流电流为4000A，比±500kV直流输电工程的额定电流增加了1000A，如果采用共用接地极的方案，流过接地极的电流可能会更大，因此对接地极的设计提出了非常高的要求，也对共用接地极的直流系统联合运行方式提出了特殊要求[2]。

当共用接地极的直流系统采用双极平衡运行方式或金属回线运行方式时，流过接地极的直流电流几乎为零，采用共用接地极对系统稳态运行没有任何影响，但当其中一个直流系统发生某些故障(如直流线路接地短路故障)时，采用共用接地极就会对非故障系统产生一定的影响。

当共用接地极的直流系统中采用单极大地或双极不平衡运行方式时，电流流经接地极，造成直流系统中性点电压偏移，偏移量的大小与单极大地回线输送容量、双极功率不平衡量和接地极的接地电阻等相关，因此在这种情况下采用共用接地极方案不仅当其中一个直流系统发生某些故障时对非故障系统产生一定的影响，对直流系统稳态运行也会产生影响。

需要建立详细的仿真模型，对这些影响进行计算分析，并寻找解决的措施。

本文按照3个±800kV直流输电系统送端和受端分别共用接地极的方案，利用向家坝到南汇±800kV直流工程的具体参数，采用电磁暂态计算软件EMTP-RV研究共用接地极对直流系统稳态运行的影响，并从多角度对共用接地极方案进行初步分析。

1 3个直流系统共用接地极的各种运行方式分析1.1 3个直流系统送端共用一个接地极从共用接地极对直流系统的影响来说，单极大地回线运行方式与双极不平衡运行方式从本质上讲应该是相同的，因此下面只考虑单极大地回线运行方式[3]。

可有以下几种运行方式：（1）3个直流系统均双极平衡运行。

这种运行方式下，每个直流系统的中性线上几乎都没有电流流过，接地极此时也几乎没有电流流过，它的主要作用是保证中性线电压为零。

这是直流系统最常见的运行方式，对共用接地极无特殊要求。

（2）3个直流系统中有采用单极金属回线运行方式的直流系统。

单极金属回线运行方式要求送端不与接地极连接，因此对共用接地极无特殊要求。

（3）一个直流系统单极大地回线运行，其他2个直流系统均双极平衡或单极金属回线运行。

（4）2个直流系统单极同极性大地回线运行，另一个直流系统双极平衡或单极金属回线运行。

（5）2个直流系统单极不同极性大地回线运行，另一个直流系统双极平衡或单极金属回线运行。

（6）3个直流系统采用单极不同极性大地回线运行。

以上3种运行条件下，流过接地极的电流为采用单极大地回线运行的直流系统电流的矢量和。

对送端来说，如果该极为正极，接地极的电流方向为从大地流出，可以认为接地极的地电位为负值，这就意味着3个直流系统送端的中性点电压(U n)也为负值；如果单极大地回线运行的极为负极，接地极的电流方向为流入大地，可以认为接地极的地电位为正值，这就意味着3个直流系统的中性点电压(U n)也为正值。

（7）3个直流系统采用单极同极性大地回线运行。

这种运行条件下，当3个直流系统均输送额定功率时，流过接地极的电流为直流系统的电流之合，可以达到3pu以上。

考虑出现这样运行方式的概率非常小，本文将不予考虑。

1.2 3个直流系统受端共用一个接地极3个直流系统受端共用一个接地极的运行方式与送端几乎相同，需要注意的是在单极金属回线运行方式下受端要求与接地极连接，但由于在此运行方式下接地极中并不流入电流，接地极只是起到直流系统电压箝位的作用，因此在该种运行方式下直流系统的稳态运行对受端共用接地极没有特殊要求。

当共用接地极的直流系统中有采用单极大地回线运行方式的系统时，对受端来说如果单极大地回线运行的极为负极，接地极的电流方向为流入大地，可以认为接地极的地电位为正值，这就意味着3个直流系统的受端中性点电压(U n)也为正值；如果单极大地回线运行的极为负极，接地极的电流方向从大地流出，可以认为接地极的地电位为负值，这就意味着3个直流系统的受端中性点电压(U n)也为负值。

对于3个直流系统采用单极同极性大地回线运行方式，与送端共用一个接地极的情况相同，本文将不予考虑。

2 共用接地极对直流系统稳态运行的影响2.1送端共用接地极对直流系统稳态运行的影响送端共用接地极对直流系统最直接的影响就是当直流系统采用以下几种运行方式时，整流侧中性点的电压会产生一定的偏移。

这些运行方式为：（1）单个直流系统采用正极或负极大地回线运行方式或双极不平衡运行方式时，其他2个直流系统采用双极平衡或单极金属回线运行方式。

（2）2个直流系统采用正极或负极大地回线运行方式或双极不平衡运行方式时，另一个直流系统采用双极平衡或单极金属回线方式运行。

（3）3个直流系统采用单极不同极性大地回线运行方式或双极不平衡运行方式。

图1为一个直流系统单极正极大地回线运行，其他2个直流系统双极平衡运行时，双极平衡系统简化电路图。

在特高压直流输电系统中，2个12脉动的阀桥被串连起来作为一个极的整流或逆变侧。

图中U11、U12、U21和U22分别表示正极和负极整流侧及逆变侧24脉动阀体两侧的电压，即直流线路到中性点之间的电压。

R e1和R e2分别代表整流侧和逆变侧接地极电阻，I d代表直流电流，R dl代表直流线路电阻。

通常情况下直流系统的整流侧采用定电流或定功率控制方式，逆变侧采用定电压或定关断角控制方式，即U21+I d R dl=800kV，U22+I d R dl= −800kV。

整流侧定电流或定功率控制将调节直流电流I d1=I d2=I d_order，因此I d1和I d2刚好大小相等方向相反，可以认为没有电流流过R e1和R e2[4-6]。

从图中24 朱艺颖：多个特高压直流系统共用接地极的研究V ol. 31 No. 10可看出，U21+I d R dl=U11+U n=800kV，U22+I d R dl= U12+U n=-800kV。

当U n为负时(单极正极大地回线运行)，U11将大于800kV，而U12将大于-800kV；当U n为正时(单极负极大地回线运行)，U11将小于800kV，而U12将小于-800kV。

U11和U12的改变是通过调节α角和改变抽头来实现的，增大α角或降低换流变二次电压将减少阀体两侧电压，而减小α角或提高换流变二次电压将增大阀体两侧电压。

直流线路对地的电压保持±800kV不变[7]。

送端中性点电压的偏移对单极大地回线运行的直流系统的影响与对双极运行直流系统相对应极的影响相同，但对于单极大地回线运行的直流系统来说，由于接地极引线上流过较大的电流，需要考虑接地极引线上产生的电压降，因此中性点电位的偏移量比双极运行的系统更加严重。