專利名稱：接地電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于傳輸高壓直流電(HVDC)的系統(tǒng)。更準(zhǔn)確地，本發(fā) 明涉及HVDC系統(tǒng)的接地。特別地，本發(fā)明涉及接地電極以及用于使 HVDC系統(tǒng)接地的方法。在該上下文中接地電極是指用于將HVDC傳輸系統(tǒng)的接地點(diǎn)連接到 大地的設(shè)備。接地電極可包括到如土壤或海水的導(dǎo)電介質(zhì)的一個(gè)或多個(gè)饋 電線纜。技術(shù)背景與交流電(AC)傳輸系統(tǒng)相比，HVDC傳輸系統(tǒng)僅需兩個(gè)導(dǎo)體。這 些導(dǎo)體中的至少一個(gè)必須與地隔離。因此，導(dǎo)體中的一個(gè)可以被實(shí)現(xiàn)為高架線或高壓線纜.另一個(gè)導(dǎo)體可以實(shí)現(xiàn)大地或地面作為導(dǎo)電^^質(zhì)的用途。 對于雙極傳輸(bipolar transmission),在正常操作情況下使用另 一相同類 型的導(dǎo)體。然而需要接地導(dǎo)體來傳送不對稱電流。雙極HVDC傳輸系統(tǒng)還 必須能夠作為單極HVDC傳輸系統(tǒng)工作。在該操作過程中，接地導(dǎo)體傳輸 由HVDC傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)恼麄€(gè)DC電流。HVDC傳輸系統(tǒng)包括連接到笫一 AC傳輸網(wǎng)絡(luò)的第一變換器站，連接 到第二 AC傳輸網(wǎng)絡(luò)的第二變換器站，以及連接第一和第二變換器站的至 少兩個(gè)導(dǎo)體。各變換器站包括連接到接地電極使得與大地電接觸的接地 點(diǎn)。因而接地導(dǎo)體包括在各變換器站的接地電極和兩個(gè)接地電極之間的 地。雙極HVDC傳輸系統(tǒng)傳統(tǒng)上包括從第一變換器站到第二變換器站的 由多個(gè)塔承載的一對高架導(dǎo)體。該導(dǎo)體從塔臂懸掛在隔離器中。各塔還帶 有用于防雷電的屏蔽導(dǎo)體。通常兩個(gè)相鄰的漆t(yī)間的距離約為400米.每 一個(gè)塔都接地到大地。接地電極包括用于使得與地電接觸的多個(gè)電極元件。地通常是土壤和 /或海水。因此，接地電極可包括陸地電極或海洋電極。電極作為正極工作， 即將電流傳遞到導(dǎo)電介質(zhì)，或者作為負(fù)極工作，即接收來自介質(zhì)的電流。在該上下文中陸地電極是位于土壤中的接地電極。陸地電極將來自HVDC傳輸系統(tǒng)的DC電流傳送到土壤或反向傳送。在該上下文中土壤一 般被視為導(dǎo)電但非均勻的介質(zhì)。除了對電流和電阻的要求之外，還需要陸地電極是電安全的，以具有 高操作可靠性和足夠長的服務(wù)壽命，此外還不會(huì)造成任何有害的環(huán)境影 響，如4吏電極附近的土壤枯竭。為了實(shí)現(xiàn)足夠低的接地電阻，陸地電極通常包括以樹狀結(jié)構(gòu)布置的大 量電極元件。因此，各電極元件通過饋電導(dǎo)體、副饋電導(dǎo)體和多個(gè)進(jìn)一步 的副饋電導(dǎo)體(further sub-feeder conductor)連接到接地點(diǎn)。目的是電流 從接地點(diǎn)到各電極元件均勻擴(kuò)展.為了實(shí)現(xiàn)該目的，各電極元件必須具有 到接地點(diǎn)的相同長度的連接路徑。因此，好像每一個(gè)接地元件并聯(lián)連接到 接地點(diǎn)一樣連接每一個(gè)接地元件。在已知的接地電極布置中，陸地電極通過一個(gè)或多個(gè)饋電線纜連接到 變換器站的接地點(diǎn).各副電極由單獨(dú)的副電極饋電線纜饋電，副電極包括 回填料(backfill)和^回填料中的有源電^L件。通?；靥盍习ǖ捉?(bedofcoke)。該電極元件與副電極饋電線纜電接觸，并且包括與回填料 電接觸的其表面的有源部分。在副電極包括多于一個(gè)該電極元件的情況 下，這些元件通過互連線纜彼此耦合?；?^F占據(jù)了電;feX件周圍相當(dāng)大的體積，并^7v土壤中?；豬，表 面的有源部分是與土壤電接觸的其表面的那部分。從US 6，245,989(1ossel)已知一種用于高壓直流傳輸系統(tǒng)的陸地電極， 陸地電極的目的是改4^tiHit件的分解率(rate of dissolution )，以及提高 電極的壽命和可靠性。因此，根據(jù)Iossel的陸地電極包含通過不導(dǎo)電的元 件隔離物而彼此分離的電^Lit件.包括副電極、段(section)和子段(sub-section)的陸地電極可占據(jù) 相當(dāng)大片的陸地。在眾所周知的圓形布置中，直徑可在500到1000米的范 圍內(nèi)。通常陸地電極與變換器站相距m^，因?yàn)镈C電流可能會(huì)損害位于 附近的變壓器的功能。相當(dāng)大片的陸地也被變換器站以及包括承載變換器 站之間的導(dǎo)體的塔的電力通道(powerlane)占據(jù)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是尋求為HVDC傳輸系統(tǒng)提供可選的陸地電極的方式。根據(jù)本發(fā)明，通過特征在于獨(dú)立權(quán)利要求1中的特征的陸地電極或者通過特征在于獨(dú)立權(quán)利要求9中的步驟的方法實(shí)現(xiàn)上述目的。在從屬權(quán)利 要求中具體限定了示例性實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明，陸地電極包括連接到線電極的多個(gè)電極段(electrode section).各段包括至少一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)連接的電極元件和用于連接到線電 極的調(diào)諧電阻器(tuning resistor),因此，通過調(diào)節(jié)各個(gè)調(diào)諧電阻器，段 之間的電阻差被補(bǔ)償，使得電流將均勻擴(kuò)展到各電極元件。優(yōu)選地，線電 極沿著塔的線布置。在本發(fā)明的實(shí)施例中，段包括塔和電極元件塔接地。在另一個(gè)實(shí)施例 中，線電極包括在塔上支撐的隔離的導(dǎo)體。在另一個(gè)實(shí)施例中，線電極包 括與地隔離的線纜。在另一個(gè)實(shí)施例中，電極段包括傳統(tǒng)方式布置的電極 元件。在本發(fā)明的實(shí)施例中，陸地電極包括多個(gè)相鄰塔的^地。在另一個(gè) 實(shí)施例中，陸地電極包括彼此遠(yuǎn)離地布置的塔組.在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例 中，線電極包括至少兩個(gè)導(dǎo)體，每一個(gè)都連接到相等數(shù)量的塔接地。根據(jù)本發(fā)明，可使用任何數(shù)量的#地，以及選擇沿著線電極的任何 塔位置。線電極可被制作得很長， 一般約100km。這與通常為直徑最大 1000m的圓形的傳統(tǒng)電^U目比是有利的。線電極可用在HVDC傳輸Mi^ 的一端或兩端。在本發(fā)明的第 一方面，該目的通過一種用于HVDC傳輸系統(tǒng)的陸地電 極實(shí)現(xiàn)，該陸地電極包括多個(gè)電極段，各電極段包括多個(gè)電極元件，其中 陸地電極包括線電極，且各電極段包括用于連接到線電極的調(diào)諧電阻器。在本發(fā)明的第二方面，該目的通過用于將HVDC傳輸系統(tǒng)接地的方法 實(shí)現(xiàn)，所述方法包括*提供多個(gè)包含電M件的電極段， 為每一個(gè)電極段提供調(diào)諧電阻器，*沿著線電極串聯(lián)連接電極段，以及 調(diào)節(jié)調(diào)諧電阻器以使各段中的電流相等。


通過以下結(jié)合附圖的詳細(xì)說明，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將更明顯，在附圖中圖l是根據(jù)本發(fā)明包括線電極和多個(gè)電極段的陸地電極的主要電路，圖2是用于承載HVDC傳輸線的塔的主要設(shè)計(jì)，圖3是在中點(diǎn)連接布置中包括多個(gè)電極段和線電極的陸地電極的主要 電路，以及圖4是在兩個(gè)分支連接中包括多個(gè)電極段和線電極的陸地電極的主要 電路。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在參照圖1，根據(jù)本發(fā)明的陸地電極包括連接到線電極2的多個(gè)電 極段l。陸地電極連接到變換器站4的接地點(diǎn)3。變換器站包括HVDC傳 輸系統(tǒng)(未示出)的一端。變換器站包括第一變換器橋(converter bridge) 5和第二變換器橋6，并被布置成用于雙極操作。各電極段包括調(diào)諧電阻器 17。電極段還包括電極元件20以連接到大地，該電極元件示意性地以大地 符號(hào)示出。在圖l所示的實(shí)施例中，各電極段l可包括如圖2所示的線塔8。該 塔包括垂直體9和用于承栽HVDC傳輸線11的臂結(jié)構(gòu)10。傳輸線懸桂在 隔離器中，并在所示實(shí)施例中傳輸線包括以三角形布置的三個(gè)導(dǎo)線.在塔 頂上有從隔離器14懸桂的兩個(gè)線電極13。該塔包括包含均壓環(huán)(grading ring) 15和塔腳接地16的接地系統(tǒng)。該塔包含連接塔接地系統(tǒng)和線電極 的調(diào)諧電阻器17。塔頂包括用于雷電防護(hù)的一對屏蔽線(未示出).如圖l所示，線電極在各漆t(yī)間呈現(xiàn)線電阻18。在圖1中還示出了具 有接地電阻19的塔的形式的電極段。還如圖1所示，線電極可連接相鄰的 塔，以及第一組塔(圖左側(cè)的四個(gè))和第二組塔(圖右手側(cè)的三個(gè))。在線電極的各塔中都需要調(diào)諧電阻器以提供M地之間的均勻的電 流分布。必須通過在塔的地中的傳統(tǒng)的保護(hù)性均壓環(huán)來減小接觸電壓。由 于主要由長時(shí)間雙極操作中的小的不平衡電流所導(dǎo)致的腐蝕，因而需要塔 接地的接地線的結(jié)實(shí)的加強(qiáng)層(reinforcement)。 i^地的接地線應(yīng)具有較 大橫截面，例如2xl50mm2的銅線的連續(xù)地線(continuous counterpoise) 或放射狀地線(radial counterpoise )。在如圖3所示饋電線21具有饋電電阻22的中點(diǎn)布置中，線電極還可 連接到變換器站的接地點(diǎn)。另一個(gè)連接布置如圖4所示，其中線電極作為 兩個(gè)并聯(lián)的分支而連接。電極包括具有第一分支電阻24的第一分支23和 具有第二分支電阻26的第二分支25。第一分支連接到每個(gè)笫二電極段， 笫二分支連接到其余的電極段。其主要優(yōu)點(diǎn)在于兩個(gè)分支之間的電流平衡 可在變換器站中測量，這4更利了接地故障檢測。而且，以與具有中點(diǎn)供應(yīng) 的方案相同的方式改進(jìn)了電流分布。每個(gè)第二調(diào)諧電阻器連接到電極線中 的一個(gè).其余調(diào)諧電阻器連接到其它電極線.這樣電極就包括兩個(gè)等同的 分支。其主要優(yōu)點(diǎn)在于兩個(gè)分支之間的電流平衡可在變換器站中測量，這 便利了接地故障檢測。而且，以與具有中點(diǎn)供應(yīng)的方案相同的方式改進(jìn)了 電流分布。在額定電極電流為3000A的情況下， 一個(gè)線電極可包括HVDC線的 約250個(gè)塔。只要兩個(gè)架空線(pole line)和兩個(gè)變換器極(converter pole) 都可用，就應(yīng)使用平衡的雙極操作。如果變換器極中的一個(gè)應(yīng)該不可用， 那么就應(yīng)盡可能快地應(yīng)用金屬操作(metallic operation)并保持到故障已 被修復(fù)。只有在不能保持一個(gè)線的電壓后，才會(huì)發(fā)生延長的持續(xù)時(shí)間(約 一天)的單扭JMt。技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是*與傳統(tǒng)電^W目比，在離電極50-100km的距離處的地面電勢大大降 低 在變壓器和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中泄露電流的風(fēng)險(xiǎn)減少*不需要單獨(dú)的電極場所，利用DC線的通行權(quán)(rightofway) 具有通常設(shè)計(jì)的、接地線由銅制成的塔腳接地可用作電極元件需要某種線設(shè)計(jì)的加強(qiáng)層和輔助裝備。HVDC線上具有足夠的橫截面 面積的加強(qiáng)導(dǎo)線可用來將電極連接到變換器站。取決于電極方案，需要一 個(gè)或兩個(gè)導(dǎo)體。導(dǎo)線可通過單個(gè)玻璃、陶瓷或復(fù)合絕緣體單元被絕緣?？梢胱儞Q器站中的通過控制動(dòng)作進(jìn)行的保護(hù)措施和接地故障檢測， 以使接地故障情況中發(fā)生毀壞和危險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)最小化。接地故障檢測可基于 對具有兩個(gè)等同電極分支的電極方案中的不平衡電流的測量，和/或電阻測 量。除了接地故障檢測，在各塔中的屏蔽線上應(yīng)用電涌放電器將減少接地 故障次數(shù)并增加電極保護(hù)的可靠性。電極應(yīng)該祐:設(shè)計(jì)成避免在相鄰的AC和變換器變壓器中的甚至短期的電流，其需要大M面的低電場和低的大地電勢增加，為了獲得低表面電 壓，需要足夠長的線電極。必須考慮長時(shí)間的正常雙極操作中的非常小的不平衡電流導(dǎo)致的腐蝕。因?yàn)殡姌O僅非常少地^Mt， JL^具有全電流的短 間隔期間， 一般為一天，在單極操作期間所導(dǎo)致的腐蝕不是個(gè)大問題。在 線電極的塔處的接觸和階躍電壓應(yīng)低于允許值。對電極應(yīng)設(shè)有接地故障檢 測/保護(hù)。根據(jù)本發(fā)明，DC線用作電極。這可以通過隔離接地線并對其進(jìn)行加 強(qiáng)以承載全部直流電流來實(shí)現(xiàn)。在備薈， 一定的電流通過調(diào)諧電阻器注入 地面。這樣電極可被做得很長， 一般約100km。這與直徑最大1000m的通 常為圓形的傳統(tǒng)電^U目比是有利的。線電極可用在HVDC傳輸銜吝的一端 或兩端。從變換器站到線電極遠(yuǎn)端的塔需要電極線的短絕緣體。線電極的塔具 有連接到電極線的調(diào)諧電阻器以獲得均勻的電流分布，該電阻器優(yōu)選地可 位于電極線附近.這樣從電阻器向下到塔腳接地的線纜就不需要(或者需 要非常低的)絕緣。塔腳接地用作線電極的副電極.塔腳接地是常見類型 的，包括例如輻射狀地線或連續(xù)地線。然而，考慮到另外的DC相關(guān)的腐 蝕，可增加接地線的總橫截面面積，所述腐蝕很小但是如果時(shí)間長就不能 忽視。如果需要應(yīng)包括在塔腳處的均壓環(huán)。HVDC線的加強(qiáng)的電極線用來將線電極連接到HVDC變換器的中性 母線。該線必須從站到線電極的遠(yuǎn)端在各塔被絕緣。該線還可包括用于通 信的光纖。通過線電極的屏蔽線的低電阻有助于副電極之間的均勻的電流 分布。變換器站和電極的供應(yīng)點(diǎn)之間的電阻對電流分布沒有影響，然而功 率損耗隨電阻而增加。普通的OPGW (Optical Ground Wire,光纖復(fù)合地線)的負(fù)荷能力 過低，不能承載額定電流(3000A)。例如，ALCATEL的最大橫截面的 OPGW的最大連續(xù)負(fù)荷是763A。作為替代可4吏用兩個(gè)OPPC (Optical Phase Conductor,光纖復(fù)合相線)。例如，946mm2 AAAC (A1/A1合金導(dǎo) 體)，每一個(gè)的額定電流為1766A,對于光纖復(fù)合相線，946mm2 (Lumpi)，該導(dǎo)體的DC電阻是0.0356 Q/km。所得到的線電極中相鄰漆t(yī)間的電阻將是0.00712Q (跨度400m)。 然而，沒有光纜的其它解決方案也是有可能的。低電阻改善了線電極中的 電流分布.因此替代方案是至少在線的電極部分內(nèi)利用具有大橫截面的兩 個(gè)屏蔽線以得到低電阻。例如，具有0.0226Q/km的Jorea ACSR1，1274mm2。在每個(gè)塔處兩個(gè)導(dǎo)體之間的交叉連接(cross connection)在該 情況下導(dǎo)致相鄰塔之間的0.00453 O的電阻。盡管所呈現(xiàn)的實(shí)施例是優(yōu)選的，但是本發(fā)明的范圍不應(yīng)限于該實(shí)施 例，而是還包含對本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的實(shí)施例。例如，線電極可同樣地 包括地中的絕緣線纜。此外，電極元件可以是常規(guī)設(shè)計(jì)且位于^間。在 本發(fā)明的研究中，屏蔽線可用作線電極.
權(quán)利要求
1.一種陸地電極，用于包括具有接地點(diǎn)(3)的變換器站(4)的HVDC傳輸系統(tǒng)，所述陸地電極連接到所述接地點(diǎn)，且包括多個(gè)電極段(1)，各電極段包括至少一個(gè)電極元件(20)，所述陸地電極的特征在于，所述陸地電極包括線電極(2)，且各電極段(1)包括用于將所述電極段連接到所述線電極的調(diào)諧電阻器(17)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的陸地電極，其中所述線電極(1)在一端連接到 所述接地點(diǎn)(3 )。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的陸地電極，其中所述線電極(1)的中點(diǎn)通過饋 電導(dǎo)體(21)連接到所述接地點(diǎn)(3)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3的陸地電極，其中所述線電極包括連接到每個(gè) 第二電極段的第一分支(23)和連接到其余電極段的第二分支(25)。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的陸地電極，其中，所述電極段(l) 包括線塔(8)，所述線塔(8)包括所述調(diào)諧電阻器(17)和所述電^UL 件(20)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的陸地電極，其中所述電極元件包括漆接地(16)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6的陸地電極，其中所述線電極包括通過所述 塔(8)中的隔離器(14)懸桂的導(dǎo)線(13)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5或7的陸地電極，其中所述線電極包括還用作雷 電防護(hù)的屏蔽線。
9. 一種方法，用于將HVDC傳輸系統(tǒng)接地，該HVDC傳輸系統(tǒng)包 括多個(gè)包含至少一個(gè)電極元件(20 )的電極段(1 )，所述方法的特征在于， 在各電極段中提供調(diào)諧電阻器(17)，將所述電極段連接到線電極(2)， 以及調(diào)節(jié)所述調(diào)諧電阻器以使得對各段電i5^目等。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述線電極在遠(yuǎn)離接地點(diǎn)的方向上 在各段連接之間設(shè)置有逐漸減小的導(dǎo)電面積。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1到8的陸地電極，或者根據(jù)權(quán)利要求9到10的 方法將HVDC傳輸系統(tǒng)接地的用途。
全文摘要
一種陸地電極，用于包括具有接地點(diǎn)(3)的變換器站(4)的HVDC傳輸系統(tǒng)。陸地電極連接到接地點(diǎn)，并包括多個(gè)電極段(1)。各電極段包括至少一個(gè)電極元件(20)。
文檔編號(hào)H02J1/00GK101268586SQ200580051592
公開日2008年9月17日 申請日期2005年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月19日
發(fā)明者丹·卡爾松, 烏爾班·阿斯特倫, 拉爾斯·韋默斯, 簡·倫德奎斯特, 貢納爾·弗利斯貝里, 貢納爾·阿斯普隆德 申請人:Abb技術(shù)有限公司