技术领域本实用新型涉及到高压直流输电接地领域，特别涉及直流输电接地系统跨步电压技术领域。
背景技术：
由于直流输电系统由于在长距离、大容量输电方面的优势，近年来我国直流输电得到快速发展。直流接地系统是整个直流输电系统的重要组成部分，当直流输电系统处于单极大地回线运行状态时，大直流电流通过接地极长时间持续入地，导致直流接地系统的跨步电压存在严重问题，且由于输电线路建设的不断增多以及土地资源紧张等多种原因，部分直流输电工程采用多个直流输电系统共用接地极模式，进而使得直流接地系统的跨步电压问题更加突出，如何解决跨步电压问题已成为影响直流接地系统设计的关键因素。目前，国内的直流接地极多采用圆环型，而圆环型接地极又可分为单圆环、双圆环以及多圆环等形式。在跨步电压不满足设计要求的情况下，常用的降低直流接地极跨步电压的结构为增加接地极圆环尺寸、个数及埋设深度等，但这些结构在实际应用中常常受到接地极设置面积的限制，且增大直流接地极的造价成本。因此，迫切需要研究经济可靠的结构来实现降低直流接地极的跨步电压。
技术实现要素：
针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种降低直流接地极跨步电压的结构，以双圆环型直流接地极为基础，通过在接地极上方敷设绝缘层，在不增大接地极尺寸的情况下，有效实现降低直流接地极跨步电压的目的。为实现上述目的，本实用新型采用以下的技术方案：一种降低直流接地极跨步电压结构，包括接地极导体，在接地极导体外围套有圆环接地极内环，围绕在圆环接地极内环外围设有圆环接地极外环，在圆环接地极内环和圆环接地极外环之间的部分设有炭床，沿圆环接地极外环的位置敷设绝缘层，所述绝缘层的垂直截面为U形或L形。以双圆环型直流接地极为基础，通过在接地极上方敷设绝缘层，阻止入地电流从接地极上方流入表层土壤，从而有效均衡地表电位，实现降低直流接地极跨步电压的目的。本实用新型的特点在于仅在双圆环接地极外环位置处敷设绝缘层。由于地表跨步电压峰值通常出现在外环外侧埋深距离附近，在外环外侧埋深位置处布置U形绝缘层，即可有效改善最大跨步电压。而在内环位置处敷设绝缘层对降低跨步电压效果不大，省去可节约造价成本。本实用新型的特点在于所敷设的绝缘层结构，可根据实际应用设置为U形或L形等多种形式，更好地适应实际需求。考虑到敷设绝缘层的实际施工以及接地极的散热等相关问题，结合地表跨步电压分布的特点，可对U形绝缘层的布置结构进行适当改进。例如根据跨步电压最大值通常出现在外环外侧埋深距离附近，因此将外环内侧的绝缘层去掉，调整为L形绝缘层，得到更加具有实用价值的地中绝缘层布置形式。本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：本实用新型在于所敷设绝缘层的位置、宽度、深度等尺寸，可根据实际土壤情况等进行相应设计。由于接地极周围含有炭床、绝缘层等与土壤电阻率不同的媒质，会对接地极的泄漏电流分布产生影响，通过合理设计最有效的实现均衡地表电位进而降低跨步电压的效果。经分析验证，采用绝缘层后的跨步电压峰值比不用绝缘层时可降低10％以上，效果十分明显；敷设绝缘层对接地极本身性能(如接地电阻、焦炭表面电场强度、接地极温升等)的影响很小，通过敷设绝缘层降低跨步电压的结构对其接地性能几乎不造成负面影响。附图说明图1所示为地中敷设绝缘层的接地极结构截面图；图2为图1的俯视图；图3所示为所敷设绝缘层的U形结构示意图；图4所示为所敷设绝缘层的L形结构示意图；附图标记说明：1-圆环接地极内环，2-圆环接地极外环，3-绝缘层，4-接地极导体，5-炭床。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的内容做进一步详细说明。实施例：请参阅图1到图4所示，一种降低直流接地极跨步电压结构，包括接地极导体4，在接地极导体4外围套有圆环接地极内环1，围绕在圆环接地极内环1外围设有圆环接地极外环2，在圆环接地极内环1和圆环接地极外环2之间的部分设有炭床5，沿圆环接地极外环2的位置敷设绝缘层3，绝缘层3的垂直截面为U形或L形。以双圆环型直流接地极为基础，该绝缘层3为U形，在不增大接地极尺寸的情况下，阻止入地电流从接地极导体4上方流入表层土壤，从而有效均衡地表电位，有效实现降低直流接地极跨步电压的目的。参见图1，由于地表跨步电压峰值通常出现在圆环接地极外环2外侧埋深距离附近，在圆环接地极外环2外侧埋深位置处布置U形的绝缘层3，即可有效降低最大跨步电压。而在圆环接地极内环1位置处敷设绝缘层对降低跨步电压效果不大，省去内环绝缘层可节约造价成本。由于接地极导体4周围含有炭床5、绝缘层3等与土壤电阻率不同的媒质，因此会对接地极导体4的泄漏电流分布产生影响，同时，绝缘层3的存在也会对接地极导体4的散热造成一定的影响。在实现均衡电位降低跨步电压的效果的同时，还需考虑散热及炭床5电位影响，应控制绝缘层3的位置、宽度、深度等尺寸。在本实用新型中，选用双圆环接地极设计参数如表1所示：表1双圆环接地极设计参数在本实施例中，绝缘层3的位置、尺寸设计如图3所示，设计U形绝缘层3与炭床5边缘的距离为0.4m，绝缘层3的下端部距离炭床5底边0.1m，实现更优的阻隔地中电流效果。在L形绝缘层3中，相较U形绝缘层去掉了靠近外环内侧的部分绝缘层，其他尺寸一致。可以更好的适用于实际施工及绝缘层散热的效果，多种结构使敷设地中绝缘层的结构具有更强的实际应用效果。通过仿真计算可以得到未敷设绝缘层、敷设U形绝缘层3、敷设L形绝缘层3情况下的地表电位及跨步电压结果，如表2所示：表2不同绝缘层形式的地表电位及跨步电压根据结果可知，采用U形绝缘层3或L形绝缘层3后，其跨步电压峰值比不用绝缘层时降低了10％以上，效果十分明显。分析敷设绝缘层后对接地特性影响，得知地中敷设绝缘层对接地电阻影响极小，敷设U形绝缘层对炭床表面电场强度有一定影响，但幅度不大，对整体散流不会形成较大影响。采用U形绝缘层3和L形绝缘层3对接地极温升有一定影响，但均可达到规定范围以内。本实用新型提出的敷设绝缘层降低直流接地极跨步电压的结构，可以在不增加其他措施的情况下有效实现降低跨步电压，控制换流站直流接地极的总体工程造价，也为其他接地问题提供一定的参考价值。上列详细说明是针对本实用新型可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本实用新型的专利范围，凡未脱离本实用新型所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。