(2)接地極垂直設計方案。

垂直型接地極是由眾多的垂直于地面布置的子電極并聯組合而成，子電極各自相對獨立。由圖2所示計算結果可知，不規則雙環方案接地極土地利用率較高，跨步電壓計算結果相對較小，因此垂直型接地極設計方案參考不規則雙環型接地極方案進行垂直極的布置。在極環上每間隔20 m 設置一根30 m 長的垂直接地極，垂直電極頂端距地面5 m[11]。根據參考文獻[11]，在不規則雙圓環布置情況下垂直型跨步電壓的計算結果，繪制此方案的跨步電壓曲線圖，見圖3。

圖3結果顯示，由于推薦極址7 m以下土壤電阻率穩定、阻值較小(見表1)，采用垂直型接地極有利于減小接地極跨步電壓。根據計算結果與跨步電壓控制值之間的對比，此設計方案在不同表層土壤電阻率下均滿足設計要求。

因此，普洱換流站采用垂直型接地極方案。采用垂直接地極設計方案，需注意接地極溫度不能超過90 ℃，通過控制接地極的焦炭使用量可以滿足溫升的要求。

圖3 雙環垂直型接地極跨步電壓計算值與控制值對比圖

Fig. 3 Step-voltage comparison diagram between the double rings vertical ground electrode calculated result and the controlled value

1.3 現階段工程情況分析

對于直流工程接地極設計，極址選址是關鍵。若工程的落點是負荷中心，勢必存在地區輸油輸氣管線分布密集的情況。接地極選址應高度重視對其影響的評估，首先收資范圍應參考青州換流站的接地極，進行大范圍篩查，先鎖定所有潛在區域，尋找最優區域后，再進行詳細收資，確定備選極址。對于備選極址周圍仍然存在較多輸油輸氣管線的情況，務必與當地專業部門進行配合，出具更為專業詳盡的評估報告，最后進行仿真評估。

同樣，當直流輸電工程土地使用權嚴苛時，采用垂直接地極能顯著降低接地極的跨步電壓，且允許極址存在一定高差，可以大幅度縮小接地極占地面積和對其周邊的影響范圍，降低接地極的選址難度。但是，由于垂直型接地極電極溢流密度分布不均，端部發熱較嚴重，因此垂直接地極設計應重點關注電極的發熱問題。目前解決問題的思路主要是新材料的研發和減少單極大地持續運行的時間，普洱換流站之所以能夠實現垂直接地極的設計，主要是因為將原來額定的30天連續運行時間縮減到了3天[11]。對于跨國工程，輸送容量勢必很大，額定電流不會小于普洱工程的額定電流，因此對單極大地連續運行時間的規定，將是其中的關鍵因素之一。

2 未來工程海洋接地極設計思路

中國直流工程多建設在陸地，對于今后的直流工程，若換流站落點在沿海附近，海洋接地極的設計將要求研究新的思路。

接地極選址在近海地區的優點：①海水電阻率極低，利于電流流通;②可有效控制接地極溫升問題;③較陸地接地極的深埋方式，埋深淺，工程施工難度低;④較金屬饋線返回方式，造價低。

帶來的問題：①海洋接地極維護均較陸地接地煩瑣，且目前國內經驗較少;②對海工設施(海底油氣管道和地下建筑等)及接地極附近船舶的腐蝕，缺少基礎數據和結論;③地下、海下電纜的磁場效應對磁導航的影響，缺少基礎數據和結論;④金屬電極的電解與電化學效應對海洋生態的影響，缺少基礎數據和結論;⑤對鄰近發電廠、變電站、鐵路、通信系統的影響，缺少基礎數據和結論。

根據相關研究報告，目前世界在其他領域應用電極時已廣泛研究實現海底埋設的情況。單回接地極線路由架空線接至海岸，在適當位置選擇電纜埋管敷設方式接入海邊連接地房處隔離開關，見圖4。在連接房，接地電纜分裂成數十根饋線電纜，分別引入海下電極中，見圖4、圖5。

圖4 海岸電極埋設示意圖(整體)

Fig. 4 Layout schematic of coastal grounding pole (overall)

Fig. 5 Layout schematic of coastal grounding pole(partly)

如果未來全球能源互聯網工程需要在沿海地區建設特高壓直流輸電工程，接地極有可能涉及海洋接地這一領域，可以在借鑒上述經驗的基礎上開展研究。

3 結論

在特高壓直流工程被廣泛應用的大環境下，換流站接地極設計已成為一個備受關注的問題。

(1)換流站接地極設計可分為接地極選址及接地極本體設計兩個部分，其中接地極選址是關鍵。

(2)接地極選址程序可參考青州站選址案例，首先進行大范圍篩查，鎖定所有潛在區域，尋找最優區域后，再進行詳細收資，確定備選極址。對于備選極址周圍仍存在較多輸油輸氣管線的情況，要進行仿真評估，并與當地專業部門進行配合，出具詳盡的評估報告。

(3)接地極本體形式的設計，應優先選擇單圓型布置，其次是多個同心圓環型布置。在設計中采用垂直型接地極時，可參考普洱換流站垂直接地極應用的典型案例，特別關注垂直型接地極的適用環境或條件，揚長避短。

(4)展望未來全球能源互聯網特高壓直流輸電技術實踐，接地極海岸電極埋設可能選址海邊，在分析海洋接地極選址優缺點的基礎上，本文提出了海岸電極埋設的設想。

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作者簡介：

胡勁松(1968)，教授級高級工程師，主要從事特高壓工程關鍵技術、復雜地理環境下電網工程技術和智能變電站設計等方面研究和設計咨詢工作。入選“新世紀百千萬人才工程”國家級人選，評選為四川省第九批學術和技術帶頭人。E-mail：h ujingsong@ch inasperi.sgcc.com.cn。

鄭宇光(1989)，碩士，畢業于荷蘭代爾夫特理工大學，主要從事換流站設計工作。

于洋(1978)，博士，高級工程師，主要研究方向為直流輸電規劃與設計。