CN112098758A - 用于特高压直流深井接地极的试验平台及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于特高压直流深井接地极的试验平台及试验方法，该试验平台包括：等比缩放深井接地***、隔离型直流电源、测量控制***、电流测试导线、电压测试导线以及远方临时接地极；隔离型直流电源一端与等比缩放深井接地***相连，另一端通过电流测试导线和电压测试导线与远方临时接地极相连以模拟特高压直流输电线路的单极接地的运行工况；测量控制***用于监测等比缩放深井接地***中的运行参数，运行参数包括电流和温度。本发明在等比缩放深井接地***和远方临时接地极之间通过大地形成回路，以模拟特高压直流输电线路的单极接地的运行工况，可对特高压直流深井接地极接地实际开展试验研究。

Description

用于特高压直流深井接地极的试验平台及试验方法

技术领域

本发明涉及特高压的接地技术领域，尤其涉及一种用于特高压直流深井接地极的试验平台及试验方法。

背景技术

中国的能源与负荷中心具有东西部分布不均衡的特点。中国约90％的水电可开发装机容量集中在西南、中南和西北地区，80％的煤炭资源集中在西北和华北地区，优质的风能、太阳能等新能源发电也主要集中于中国西北地区。与此同时，中国的电力负荷中心却主要在京津与东部、南部沿海发达地区，因此西电东送是中国能源布局的主要战略方针。特高压直流输电在远距离、大容量输电及电网互联方面具有独特的优势，因此在西电东送、全国电网互联等工程中都发挥着重要作用。近年来中国建设了多条特高压直流输电线路，与交流输电***不同，为了保证换流站内换流阀组的正常运行，通常需要在距离换流站十几到几十公里的地方，单独建设特高压直流线路的接地极。

目前现有的特高压直流工程所采用的接地极形式均是浅层埋设(埋深数m)的水平同心圆环接地极(半径一般超过200m)。这种形式的接地极利用了地表土壤电阻率较低的特点，接地电阻较小，接地极流出电流分布较为均匀，但在接地极附近地表会产生较大的跨步电压，同时占地面积大，对极址的要求很高。

此外，特高压直流输电工程在试运行阶段会以单极大地回线方式运行。同时当换流站故障或检修时，也会以单极大地回线方式运行。此时数千安的直流电流将通过接地极流入地中，并经大地扩散，会造成接地极附件一定范围内的中性点直接接地变压器绕组中流过直流电流，引起严重的变压器直流偏磁。同时入地直流电流对沿线铁路牵引网及地埋金属管网等也会产生严重的腐蚀效应。

而特高压直流输电采用深井接地极可使为接地直流电流提供良好的通路，避免直流电流流过浅层地表，使直流回路不经过变压器，均从深层土壤中流通，将彻底解决变压器直流偏磁问题及入地电流对其他设备的影响，有效提高特高压直流接地极附近相关设备管网的安全稳定运行。但目前对于深井接地极的缺乏有效的试验手段，对于深井接地极的研究主要以理论仿真为主，因此亟需通过试验对深井接地***开展验证，并于理论研究结果进行对比，为特高压直流深井接地极的实际应用提供指导与数据支撑。

发明内容

本发明提供了一种用于特高压直流深井接地极的试验平台及试验方法，用以解决目前对于深井接地极的缺乏有效的试验手段的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种用于特高压直流深井接地极的试验平台，包括：等比缩放深井接地***、隔离型直流电源、测量控制***、电流测试导线、电压测试导线以及远方临时接地极；

隔离型直流电源一端与等比缩放深井接地***相连，另一端通过电流测试导线和电压测试导线与远方临时接地极相连以模拟特高压直流输电线路的单极接地的运行工况；

测量控制***用于监测等比缩放深井接地***中的运行参数，运行参数包括电流、电位分布和温度等。

作为本发明的方法的进一步改进：

等比缩放深井接地***包括等比缩放接地深井、绝缘井护壁、金属井护壁、接地降阻材料、钢棒接地极以及馈电电缆；

等比缩放接地深井内腔包括上段和下段，绝缘井护壁和金属井护壁分别设置于等比缩放接地深井内的上段和下段中；

钢棒接地极放置于等比缩放接地深井内腔下段的金属井护壁中，且钢棒接地极与金属井护壁之间填充有用于降低接地电阻的接地降阻材料；

馈电电缆一端与钢棒接地极连接，另一端伸出等比缩放接地深井并与隔离型直流电源相连。

等比缩放接地深井内腔上段的绝缘井护壁与馈电电缆之间还填充有高阻填充材料。

等比缩放接地深井深度不小于100m，井口直径300mm～400mm，远方临时接地极与等比缩放深井接地***的距离大于等比缩放接地深井井深的30倍。

馈电电缆在钢棒接地极上分段进行多点连接，测量控制***中用于监测等比缩放深井接地***的参数的对应传感器，分别设置于馈电电缆与钢棒接地极的多个连接点上。

电压测试导线包含多个分接头，多个分接头依次由近至远设置于等比缩放深井接地***和远方临时接地极之间的地面上，用以通过测量控制***测量等比缩放深井接地***和远方临时接地极之间的不同距离的多点的地表电位。

本发明还提供一种采用上述的用于特高压直流深井接地极的试验平台的试验方法，包括以下步骤：

连接试验平台；

开启隔离型直流电源，控制直流电源输出直流电流以模拟特高压直流线路单极接地运行工况，在等比缩放深井接地***和远方临时接地极之间通过大地形成回路；

通过测量控制***监测等比缩放深井接地***中的运行参数，运行参数包括钢棒接地极的多个连接点上的电流和温度，以及通过电压测试导线测量等比缩放深井接地***和远方临时接地极之间的不同距离的多点的地表电位。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明的用于特高压直流深井接地极的试验平台，可为特高压直流深井接地极提供试验平台及试验方法，用于实际开展试验研究，能有效指导特高压直流输电线路深井接地极的设计、建设及运行。本发明的试验平台，结构简单，占地小，成本低，可用于模拟实际运行的特高压直流线路单极工作情况，同时可推广至其他常规电压等级线路或变电站接地网的接地特性测试及试验。

2、在优选方案中，本发明的用于特高压直流深井接地极的试验平台及试验方法，可实时全面地获得特高压直流深井接地极的温升特性、接地特性和地表电位分布等运行参数，开展实际试验研究，对特高压接地极的前期设计及建设提供关键数据支撑。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的用于特高压直流深井接地极的试验平台的结构示意图；

图2是本发明优选实施例的等比缩放特高压直流深井接地极的示意图。

图中各标号表示：

1、等比缩放接地深井；2、绝缘井护壁；3、金属井护壁；4、高阻填充材料；5、接地降阻材料；6、钢棒接地极；7、馈电电缆；8、感温热电偶；9、高精度霍尔传感器；10、多芯信号电缆；11、隔离型直流电源；12、测量控制***；13、电流测试导线；14、电压测试导线；15、远方临时接地极。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参见图1，本发明的用于特高压直流深井接地极的试验平台，包括：等比缩放深井接地***、隔离型直流电源11、测量控制***12、电流测试导线13、电压测试导线14以及远方临时接地极15；隔离型直流电源11一端与等比缩放深井接地***相连，另一端通过电流测试导线13和电压测试导线14与远方临时接地极15相连，两个接地极之间经大地形成回路，以模拟特高压直流输电线路的单极接地的运行工况；测量控制***12用于监测等比缩放深井接地***中的运行参数，运行参数包括电流、电位分布和温度等。

上述结构，可为特高压直流深井接地极提供试验平台及试验方法，用于实际开展试验研究，能有效指导特高压直流输电线路深井接地极的设计、建设及运行。

本实施例中，参见图2，等比缩放深井接地***包括等比缩放接地深井1、绝缘井护壁2、金属井护壁3、高阻填充材料4、接地降阻材料5、钢棒接地极6馈电电缆7、感温热电偶8、高精度霍尔传感器9以及多芯信号电缆10。等比缩放接地深井1内腔包括上段和下段，绝缘井护壁2和金属井护壁3分别设置于等比缩放接地深井1内的上段和下段中，绝缘井护壁2与金属井护壁3共同用于维持深井自身结构稳定并上下布置分别起到绝缘与导电效果。上段采用绝缘井护壁2，可采用尼龙或环氧树脂等绝缘材料制作，在维持深井结构的同时防止接地极电流流过浅层地表。下段采用金属井护壁3，有效将接地极电流均匀传播。

实施时，钢棒接地极6放置于等比缩放接地深井1内腔下段的金属井护壁3中，且钢棒接地极6与金属井护壁3之间填充有用于降低接地电阻的接地降阻材料5。本实施例中，接地降阻材料5可采用焦炭，导电性能好，性质稳定，不易与钢棒发生电化学反应，在降低接地电阻的同时，有效防止接地钢棒发生腐蚀。等比缩放接地深井1内腔上段的绝缘井护壁2与馈电电缆7之间还填充有高阻填充材料4，本实施例中，高阻填充材料4可采用碎石。

实施时，等比缩放接地深井1深度不小于100m，井口直径300mm～400mm，远方临时接地极15与等比缩放深井接地***的距离大于等比缩放接地深井1的井深的30倍。实地实施时，二者的距离可采用高精度GPS测量得到。

实施时，馈电电缆7一端与钢棒接地极6连接，另一端伸出等比缩放接地深井1并与隔离型直流电源11相连。馈电电缆7在钢棒接地极6上分段进行多点连接，测量控制***12中用于监测等比缩放深井接地***的参数的对应传感器，分别设置于馈电电缆7与钢棒接地极6的多个连接点上。通过在馈电电缆7与钢棒接地极6的每个接头位置设置感温热电偶8及高精度霍尔传感器9，感温热电偶8及高精度霍尔传感器9通过多芯信号电缆10与测量控制***12相连，实现钢棒接地极6不同位置的温度及接地电流大小测量。

本实施例中，电压测试导线14和电流测试导线13均采用多股软铜线构成，对地绝缘水平均在3kV以上。其中，电压测试导线14包含多个分接头，多个分接头依次由近至远设置于等比缩放深井接地***和远方临时接地极15之间的地面上，用以通过测量控制***12测量等比缩放深井接地***和远方临时接地极15之间的不同距离的多点的地表电位。

本实施例中，隔离型直流电源11可以通过调节输出电压控制深井接地极接地电流，同时采用隔离变压器供电，防止电源内部产生接地环流。测量控制***12通过多芯信号电缆10分别与隔离型直流电源11、钢棒接地极6上的测量单元(传感器)以及电压测试导线14上的多点地表电位测量单元相连，用于控制接地电流并记录不同接地电流下，深井接地极运行参数。

本发明还提供一种采用上述的用于特高压直流深井接地极的试验平台的试验方法，包括以下步骤：

按照以下参数设置和连接试验平台：参见图2，深井接地极井深100m，分为上下两段，每段50m，深井直径400mm，井口沉降3m，用于井口固化。其中深井上段采用绝缘尼龙护壁，护壁外径400mm，壁厚10mm，用于防止接地电流流过浅层地表，绝缘护壁内填充用高阻材料碎石用于稳定井身结构同时抑制接地电流向上扩散。深井下段采用钢管护壁，护壁外径400mm，壁厚10mm。接地钢棒长50m，由5段拼接而成，钢棒直径60mm，接地钢棒垂直放置于深井下段钢管护壁中，钢棒与钢管护壁之间填充焦炭，焦炭导电率高且物理化学性质稳定，一方面可以使钢棒与钢管护壁充分接触降低接地电阻，减少发热，另一方面防止接地钢棒在流过电流时与土壤产生电化学反应，避免接地钢棒腐蚀。馈电电缆7长110m，采用交联聚乙烯或橡胶电缆，绝缘等级6kV，通流能力200A，电缆一端包含5个分接头，每个分接间距10m，对应与5段钢棒接地极6相连，馈电电缆7另一端引出至地面作为深井接地极接线端。每段钢棒连接处均设置有感温热电偶8及高精度霍尔传感器9，用于测量连接处的温度及接地电流大小，感温热电偶8及高精度霍尔传感器9等每个测量单元通过多芯信号电缆10与地面测量控制***12相连，用于测量单元自身供电及信号传输。在距离等比缩放深井接地***3000m远处选择低洼湿地搭建远方临时接地极15，远方临时接地极15包含相互连接的多根接地桩，接地桩之间通过编织软铜线相连，每个接地桩入地深度大于50cm。隔离型直流电源11设置于深井接地极所在位置地面，其一端与深井接地极馈电电缆7相连，另一端通过专用测试线与3000m远处的远方临时接地极15相连，两个接地极之间经大地形成回路，用于模拟特高压直流线路单极接地运行的工况。专用测试线分为电压测试线及电流测试线，其中电流测试线用于传输接地电流，电压测试线沿线设置多个分接头，每个分接头均与大地相连，用于测量两个接地极之间不同距离位置处的地表电位。测量控制***12分别与深井内部每个测量单元及隔离型直流电源11相连，用于控制接地电流大小并用于记录不同接地电流下接地极各特性参数及地表电位分布。

开启隔离型直流电源11，控制直流电源输出直流电流以模拟特高压直流线路单极接地运行工况，在等比缩放深井接地***和远方临时接地极15之间通过大地形成回路；

通过测量控制***12监测等比缩放深井接地***中的运行参数，运行参数包括钢棒接地极6的多个连接点上的电流和温度，以及通过电压测试导线14测量等比缩放深井接地***和远方临时接地极15之间的不同距离的多点的地表电位。

综上可知，本发明通过隔离型直流电源11输出在等比缩放深井接地***和远方临时接地极15之间通过大地形成回路，以模拟特高压直流输电线路的单极接地的运行工况。可为特高压直流深井接地极提供试验平台及试验方法，实时全面地获得特高压直流深井接地极的温升特性、接地特性和地表电位分布等运行参数，可用于实际开展试验研究，能有效指导特高压直流输电线路深井接地极的设计、建设及运行。本发明的试验平台，结构简单，占地小，成本低，可用于模拟实际运行的特高压直流线路单极工作情况，同时可推广至其他常规电压等级线路或变电站接地网的接地特性测试及试验。

以上所述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 (7)

1.一种用于特高压直流深井接地极的试验平台，其特征在于，包括：等比缩放深井接地***、隔离型直流电源(11)、测量控制***(12)、电流测试导线(13)、电压测试导线(14)以及远方临时接地极(15)；

所述隔离型直流电源(11)一端与所述等比缩放深井接地***相连，另一端通过电流测试导线(13)和电压测试导线(14)与远方临时接地极(15)相连以模拟特高压直流输电线路的单极接地的运行工况；

所述测量控制***(12)用于监测等比缩放深井接地***中的运行参数，所述运行参数包括电流、电位分布和温度。

2.根据权利要求1所述的试验平台，其特征在于，所述等比缩放深井接地***包括等比缩放接地深井(1)、绝缘井护壁(2)、金属井护壁(3)、接地降阻材料(5)、钢棒接地极(6)以及馈电电缆(7)；

所述等比缩放接地深井(1)内腔包括上段和下段，所述绝缘井护壁(2)和金属井护壁(3)分别设置于所述等比缩放接地深井(1)内的上段和下段中；

所述钢棒接地极(6)放置于所述等比缩放接地深井(1)内腔下段的金属井护壁(3)中，且所述钢棒接地极(6)与金属井护壁(3)之间填充有用于降低接地电阻的接地降阻材料(5)；

所述馈电电缆(7)一端与钢棒接地极(6)连接，另一端伸出所述等比缩放接地深井(1)并与所述隔离型直流电源(11)相连。

3.根据权利要求2所述的试验平台，其特征在于，所述等比缩放接地深井(1)内腔上段的绝缘井护壁(2)与所述馈电电缆(7)之间还填充有高阻填充材料(4)。

4.根据权利要求2至3中任一项所述的试验平台，其特征在于，所述等比缩放接地深井(1)深度不小于100m，井口直径300mm～400mm，远方临时接地极(15)与所述等比缩放深井接地***的距离大于等比缩放接地深井(1)的井深的30倍。

5.根据权利要求2至3中任一项所述的试验平台，其特征在于，所述馈电电缆(7)在所述钢棒接地极(6)上分段进行多点连接，所述测量控制***(12)中用于监测等比缩放深井接地***的参数的对应传感器，分别设置于所述馈电电缆(7)与所述钢棒接地极(6)的多个连接点上。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的试验平台，其特征在于，所述电压测试导线(14)包含多个分接头，所述多个分接头依次由近至远设置于等比缩放深井接地***和所述远方临时接地极(15)之间的地面上，用以通过所述测量控制***(12)测量等比缩放深井接地***和所述远方临时接地极(15)之间的不同距离的多点的地表电位。

7.一种采用如权利要求1至6中任一项所述的用于特高压直流深井接地极的试验平台的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

连接所述试验平台；

开启隔离型直流电源(11)，控制直流电源输出直流电流以模拟特高压直流线路单极接地运行工况，在所述等比缩放深井接地***和远方临时接地极(15)之间通过大地形成回路；

通过所述测量控制***(12)监测等比缩放深井接地***中的运行参数，所述运行参数包括钢棒接地极(6)的多个连接点上的电流和温度，以及通过所述电压测试导线(14)测量等比缩放深井接地***和所述远方临时接地极(15)之间的不同距离的多点的地表电位。

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