作為高壓直流輸電工程的必要組成部分，直流接地極在直流輸電系統中起著極其重要的作用：①單極運行時直接長時間地為系統輸送電力，提高系統運行的可靠性；②鉗制換流站整流閥中性點電位，以避免兩極對地電壓不平衡而損害設備。

我國的高壓直流接地極普遍采用的布置形式是水平圓環淺埋式，埋設在表層土壤電阻率低的平原地區，占地面積大，以滿足單極大地回線運行工況下接地極溫升和跨步電壓的限值要求。此外，接地極還應與220kV及以上交流變電站、埋地油氣輸送管道等保持一定距離，以減小對這些設施的影響。

而直流受端多落點于用電負荷需求大的經濟發達地區，這些區域人口密度大，電網結構復雜，地下金屬設施眾多，選擇滿足接地極鋪設條件的開闊地帶十分困難，直流偏磁和對管道影響的問題突出。接地極距離換流站一般在30～60km為宜，目前一些廣東珠三角地區的換流站往往把接地極選址在150km以外，加大了投資成本。

接地極的選址已成為制約直流輸電工程發展的關鍵因素之一?，F實情況迫切需要一種具備充分可行性的緊湊式接地極方案，為后續接地極選址提供更多的選擇空間。目前南方電網正在試點開展緊湊式接地極的應用，包括深井型和垂直型兩種非常規接地極。

豎直布置的直線型電極是一種有效的電極結構，能充分利用表層以下的深層土壤層泄流，減小接地極的占地面積。由于該電極結構有別于傳統水平接地極，因此也需要適應其結構的導流方式。本文將分別對深井型和垂直型直流接地極的導流方式進行闡述。

1 深井型和垂直型直流接地極

根據單口接地極井的深度，可以分為深井型和垂直型兩類。

1）深井型直流接地極。

其單口極井深度在百米以上，通常為數百米至1km，該類電極是利用基巖層泄流，上部幾十或上百米做絕緣處理，可減小地電位升對極址周邊數公里范圍內設施的影響。由于單口電極的深度大，用于泄流的有效電極長度也足夠長，通常只需要少量的幾口深井電極就可以滿足工程需要。

國內的該類型接地極僅有一例，即位于廣東省的深井型試驗接地極，單口接地極井長度1km，上端150m為絕緣段，下端850m為有效的電極段，共設三口深井電極，呈等邊三角形布置。

2）垂直型直流接地極。

其單口極井深度通常為幾十米，一般不超過50m，這種接地極的電極雖然為垂直埋設的形式，但和傳統水平接地極類似，仍然是利用大地的土壤層泄流，因此也可稱作垂直淺埋型接地極。該類接地極的本體由多口淺埋垂直接地井組成，垂直電極通常成環形布置，以避免電流從局部位置的電極集中泄流。

目前國內已投運的兩個該類型接地極工程中，普洱換流站接地極采用了不規則雙圓環布置，由61口長度為30m的垂直電極組成，東方換流站接地極則采用了橢圓單環布置，由52口長度為35m的垂直電極組成。

針對采用全電纜導流方式的情況，兩類不同的接地極形式相應的導流方式是截然不同的。第一類深井型直流接地極，其用于連接電極的電纜數量少、截面大，電纜可直接獨立地接至導流中心母線；第二類垂直淺埋型直流接地極，由于其電極數量較多，用于連接電極的電纜數量多、截面小，不宜直接連接到導流中心的匯流母線上，需經過匯流后，再采用大截面電纜連接至母線。

2 深井型直流接地極的導流方式

深井電極主要由護壁套管、饋電體、導流電纜、和焦炭填充物組成，其中饋電體由于長度大、自身重量大，因此必須采用通長的鋼棒或厚壁鋼管，才能承受下放時的拉力和安裝完成后的壓力。為保證電流饋入的可靠性，饋電方式可采用在饋電體的不同深度位置分別連接獨立的導流電纜。

另一方面，鑒于目前的鉆井工藝和能力，比較適合電極深度要求的鉆井機械為牙輪鉆機，其成孔的孔直徑一般為◆ 310～380mm，最大為◆ 559mm，井深可達到1km至數千米，深度越大，可達到的孔徑越小。因此深井電極的終孔井徑小，電纜和其他設施的安裝空間狹小，饋電體上的饋電點數量有限。根據終孔井徑的不同，通?？稍O3～6個饋電點，均勻地分布在電極段的不同位置。

在深井電極內部垂直敷設的電纜考慮有抗拉需要，宜采用鋼絲鎧裝型電纜，而水平敷設的電纜宜采用鋼帶鎧裝型電纜。因此一般在深井井口附近，設一口電纜轉接井。轉接井內，每根垂直敷設的導流電纜末端，分別通過電纜轉接頭與等截面的水平敷設導流電纜一字連接。圖1為深井型電極的導流示意圖。

圖1 深井型電極的導流示意圖

若接地極的極址為封閉區域，則電纜轉接井可以設在地面；若接地極周邊存在其他生產活動，為防止遭受破壞或者絕緣處理不當導致的漏電，可將電纜轉接井埋設在地下。井內的轉接頭用環氧樹脂包封，以增加絕緣可靠性和壽命。圖2為電纜轉接井現場制作的實際情況。

圖2 電纜轉接井實際效果

深井中導流電纜與饋電體放熱焊接，需要保證焊點的連接可靠性，滿足長期運行條件下對絕緣和防腐蝕性能的要求。如圖3所示，可選用定制的銅抱箍件來增加連接點的接觸面積，銅件先經過熱脹冷縮緊固在饋電體上，再通過銅件側面開孔與饋電體放熱焊接，導流電纜與定制銅件之間采用“線-面放熱焊接”。最后依次使用鉛封和環氧樹脂包封保護焊點?，F場測試該接頭的直流電阻小于同等長度的饋電體自身電阻。

圖3 用于放熱焊接的銅抱箍件

采用電纜獨立饋電的導流方法時，電纜截面的選擇應保證單口電極井內任意一根電纜斷開，其他電纜仍能夠起到正常的導流作用。由于電流的注入大小與饋電點的位置有關，因此應分別計算不同電纜斷開的情況下，其他電纜上的電流分布情況。

多口深井電極的導流電纜之間也相互獨立，故深井接地極的導流系統中，所有水平敷設的導流電纜終端均并聯在導流中心母線上。

3 垂直淺埋型直流接地極的導流方式

垂直淺埋型電極井的饋電體，通常由鋼棒或高硅鉻鐵棒構成。不管采用哪種材料，由于制作、運輸和安裝過程的限制，單根電極體的長度最多可達到10m左右，因此電極是由多根電極體上下一字排列組成的。每根電極體至少需由一根分支導流電纜饋電，單口電極井通常需要數根分支導流電纜，整個極環往往需要幾十上百根分支導流電纜。

與饋電體連接的分支導流電纜截面小、數量多，不適宜獨立地長距離敷設至導流中心母線。另外，同深井型電極一樣，垂直敷設的電纜與水平敷設的電纜一般宜采用不同的型號。因此實際工程中通常是將多根垂直敷設的分支導流電纜匯集至主導流電纜后，再水平敷設至導流中心母線，如圖4所示。

具體的方法是，將極環上的若干個相鄰的電極井劃分為一個電極組，極環上的各電極組所包括的井數基本均等。每一個電極組中設一口電纜轉接井，作為該組內所有電極井分支導流電纜的匯集點。

相鄰的多個電極組中的電纜轉接井通過主導流電纜依次串聯，串聯電路的兩端連接至導流中心母線，形成一個閉合回路。垂直接地極環通常經多個這樣的回路導流，主導流電纜截面的選擇，應保證其中一個回路在檢修或故障退出運行的情況下，其他主導流電纜仍然能夠滿足各回路向電極組饋電的需求?；芈吩蕉?，導流的可靠性越強，但導流系統的工程量越大，一般來說一個極環設4個回路為宜。

圖4 垂直電極的饋電模式

垂直型直流接地極的導流方式分別如圖5和圖6所示。

圖5 圓環垂直型直流接地極的導流方式

圖6 不規則環垂直型直流接地極的導流方式

雖然圖5和圖6僅展示了圓形極環和不規則極環的導流方式，但其他形式的極環布置也適用于上述導流方法。當有多個垂直接地極環時，每個極環按上述方法獨立導流，各極環通過主導流并聯在導流中心母線上。

垂直型接地極的電纜轉接井也可根據現場情況，選擇設置在地面或地下。井內設一母線排，用于分支電纜和主電纜的轉接；母線及電纜端頭可用環氧樹脂包封，以增強導流系統中該節點的絕緣性，如圖7所示。電纜與饋電體的連接采用放熱焊接，同樣也包裹環氧樹脂，保證分支導流電纜的端部絕緣的同時，可防止電流直接從連接點泄放，從而避免直接受到電腐蝕的破壞。

圖7 垂直接地極的電纜轉接方式

4 兩種導流方式的選用原則

深井型接地極和垂直型接地極采用的導流方式不同，主要原因是各自電極的結構特點及數量不同。

單口深井只有一根饋電體，因此宜在不同深度位置，設多個獨立的饋電點以提高導流的可靠性。在小容量直流工程中若入地電流很小，采用垂直淺埋式電極且電極數量不多時，也可采取導流電纜獨立饋電的方式來提高可靠性，但國內極少有這種小容量常規直流工程。

大容量直流工程采用垂直淺埋型接地極時電極井數量較多，每口電極井內有多根饋電體，若其中一根失效對極環的整體性能影響很小，因此每根饋電體僅需一根分支導流電纜饋電。

由于垂直電極井的總體數量較大，連接饋電體的電纜總數量也很大，這時宜按電極組為單位，將組內的分支電纜匯集后，采用主導流電纜連接至導流中心；主導流電纜形成多個獨立的導流回路，每個回路負責向極環上的一小部分電極井饋電。其缺點是其中一個回路上的主導流電纜斷開或遭受破壞時，其他主電纜上的電流分布將受影響，主導流電纜的載流量裕度必須滿足這種故障工況，導致其截面往往比正常工況下的需求大很多。

結論

本文針對深井型和垂直型直流接地極的電極特點，分析了各自適用的導流方式及其選用原則。深井型接地極宜采取電纜獨立饋電的方式來提高導流可靠性。垂直接地極宜將電極井分組，以電極組為單位，將組內的分支電纜匯集后，采用主導流電纜形成多回路的方式導流。