一种降低深井接地极最大电流密度的方法与流程

本发明涉及高压直流输电领域，具体涉及一种降低深井接地极最大电流密度的方法。

背景技术：

现今已建的直流输电工程绝大多数都是双极两端中性点接地的方式，这种方式的直流输电系统在正常工作时需要通过接地极来溢散系统中的不平衡电流，在单极大地回线方式或发生故障情况下还需通过接地极溢散系统中的额定电流或故障电流。因此，在直流输电系统中，接地极的接地特性非常重要。

目前已建的直流输电工程中的接地极主要为水平浅埋型接地极，仅有糯扎渡送电广东的±800kv直流输电工程送端的普洱换流站采用了垂直接地极，而到目前为止，还没有一例已在实际工程中运行使用的深井接地极。水平浅埋型接地极的主要优点有施工简单，对电流溢散效果好，常用的圆环型接地极电流溢散均匀，没有端部效应；缺点则是占地面积大，对极址要求高，通常建设在人少的平原开阔地带。为了解决接地极在选址上的难题，考虑使用垂直型的接地极。垂直型的接地极对土地占用较少，且不要求极址地形平坦，因此可以大大减小接地极选址的难度。但垂直型接地极导体为直线型导体，端部溢流密度大，发热严重，且埋设深度较大散热困难。深井相比常规垂直接地极，导体数量少，埋设深度大，散热更加困难，控制端部电流密度更加重要，现提出一种用于限制深井接地极导体端部电流密度的方法。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种降低深井接地极最大电流密度的方法。

本发明通过在深井接地极上方加入一个圆环形辅助溢流极环，将部分电流通过辅助溢流极环进行溢散，减小了电极上的最大溢流密度。

本发明采用如下技术方案：

一种降低深井接地极最大电流密度的方法，包括如下步骤：

s1确定实际工程中深井接地极的参数，现有技术中深井接地极埋设于深井，深井中一般由焦炭填满，深井接地极的接地导体插在焦炭层中，所述参数包括深井接地极的个数，每口深井的深度，深井的布置形式，埋设深度及相对应埋设地的土壤类型和接地极溢散流的大小。

s2根据s1中确定的参数在cdegs中建立深井接地极模型，并对其进行仿真计算，得到接地极上的初步的电流分布情况与地表电位分布情况；

s3根据s1中深井接地极的参数，确定添加辅助溢流极环的参数，包括辅助溢流极环大小、辅助溢流极环埋设深度、辅助溢流极环敷设焦炭层厚度，所述辅助溢流极环水平设置，一般位于深井接地极的上方，或者与深井接地极的上端平行设置，与深井接地极通过电缆连接，一般埋设深度为3-5米。

s4在cdegs的深井接地极模型中加入辅助溢流极环，重新对深井接地极进行仿真计算，计算接地极上的电流分布情况与地表电位分布情况，同时计算地表的跨步电压大小。

所述辅助溢流极环设置在深井接地极导体的上方。

s5将计算得到的跨步电压大小与实际工程跨步电压限值做比较，若计算得到的跨步电压大于工程跨步电压限值，则重复s3，调整辅助溢流极环的参数，如增大极环半径及增加埋设深度等；若计算得到的跨步电压满足工程跨步电压限值，则进行s6。

s6将s4计算得到的电表电位与未增加辅助溢流极环的地表电位进行对比，确定增加辅助溢流极环对地表影响的范围，在未加辅助溢流极环前，电流通过深井接地极在距离地表较深的地方进行溢散，对地表影响小。加入辅助溢流极环后，有部分电流从靠近地表的辅助溢流极环进行溢散，可能增大对地表的影响，因此需进行评估。

所述跨步电压限值按照下式进行计算：

umax＝5+0.03ρs

其中umax为跨步电压限值，ρs为土壤表层电阻率。

本发明的有益效果：

这种方法可以减小深井接地极的最大电流密度，为直流输电系统单极大地回线运行方式留下更大的裕度，同时实施较为简单，易于实现。

附图说明

图1为未加辅助溢流环的深井接地极模型；

图2为未加辅助溢流极环时溢流密度沿着接地极导体分布情况；

图3是添加辅助溢流极环后深井接地极模型；

图4是添加辅助溢流极环后溢流密度沿着接地极导体分布情况

图5是添加辅助溢流极环后和未添加辅助溢流极环时地表电位分布的对比图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

一种降低深井接地极最大电流密度的方法，包括如下步骤：

s1假设某深井接地极由三口深井组成，每口深井深1000m，呈边长为100m的等边三角形布置，埋设深度取4m，接地极导体取为φ70的圆钢导体周围焦炭层直径为550mm。根据500mw的±800kv特高压直流输电系统额定电流取值，取流过接地极的入地电流为3125a。考虑到深井接地极选址优先选择下层土壤电阻率低的土壤模型，故取典型分层土壤模型如表1所示：

表1分层土壤电阻率

s2根据s1中的参数在cdegs中建立深井接地极模型如图1所示，并计算得到的溢散电流密度随接地极导体表面的分布如图2所示，并计算此时地表电位分布情况，如图5。

s3根据s1中深井接地极的布置情况，取辅助溢流极环半径为57.735m，埋设深度为4m，此时辅助极环正好与深井接地极导体上端接触。

s4根据s3中的参数，在s2中建立的深井接地极模型中加入辅助溢流极环如图3所示，辅助溢流极环2的半径与埋深等于深井接地极1的半径及埋深的情况，并重新对深井接地极模型进行仿真计算，计算得到此时最大跨步电压为2.913v，计算得到溢散电流密度沿着接地极导体分布如图4所示。可以看出添加辅助溢流极环后，深井接地极导体上最大电流密度从8.1a/m^-2降低到了6.9a/m^-2，下降了15％左右。

s5跨步电压限值按下式进行计算：

umax＝5+0.03ρs

其中umax为跨步电压限值，ρs为土壤表层电阻率，计算得到(在)该土壤模型下，跨步电压限值为9.5v，跨步电压满足要求。

计算加入辅助溢流极环后地表电位分布，结果如图5所示。

s6对比加入辅助溢流极环和未加入辅助溢流极环下地表电位分布，结果如图5所示。可以看出，添加辅助溢流极环对周围环境的影响没有明显改变，在距离超过300m后近似完全一样。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种降低深井接地极最大电流密度的方法，包括如下步骤：S1根据实际情况确定深井接地极参数；S2根据S1中的参数进行建模，计算接地极电流密度分布和地表电位分布；S3根据S1中实际情况确定辅助溢流极环的规格参数；S4对加入辅助溢流极环的深井接地极进行校验计算；S5计算跨步电压是否满足规程要求，并据此调整辅助极环参数；S6通过地表电位分布比较确定辅助极环对环境的影响范围。此方法具有实施简单，对与顶端电流密度出现最大值的深井接地极有较好的抑制作用等优点。

技术研发人员：谷裕;肖芳磊;张竞涵;高毓群;胡蕴斌;韩永霞
受保护的技术使用者：中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局;华南理工大学
技术研发日：2017.11.29
技术公布日：2018.05.11