2.国网西藏电力有限公司检修公司 西藏拉萨 850000）
摘要：直流接地极作为直流输电系统的重要组成部分，主要作用是为直流电流提供低阻通路，限制中性点电位及流过两极的不平衡电流。本文通过对±400kV拉萨换流站接地极在线监测系统的设计及应用，利用远程通信的方式与换流站内的监控系统通信，实现在换流站运维人员对接地极状态监视，确保青藏直流的安全稳定运行。
关键词：接地极；拉萨换流站；监控系统
0引言
拉萨换流站是青藏直流联网工程受端站，海拔3820m，是迄今为止世界上最高海拔、高寒地区电压等级最高、规模最大的换流站，该系统于2012年6月投入商业运行，本期额定功率600MW，是藏中电网的主要电源点。直流接地极作为直流输电系统的重要组成部分，主要作用是为直流电流提供低阻通路，限制中性点电位及流过两极的不平衡电流。它的安全可靠运行对直流输电系统起着至关重要的作用。本文就以拉萨换流站接地极的在线监测系统的设计及运用进行阐述。
1 接地极系统简介
1.1接地极系统介绍
接地极是直流输电系统中的一个重要组成部分，在双极平衡运行方式下，双极中性线中无电流流过，接地极起钳制换流器中性点电位的作用。在双极不对称方式和单极大地回线方式运行时，接地极不但起着钳制换流器中性点电位的作用，而且还为直流电流提供通路[1]。
由于不同土壤电阻率的接地极呈现出不同的电阻率值，在直流电流的作用下，接地电极温度将升高，土壤的导电性能将会变差，接地电极将出现热不稳定，严重时将可使土壤烧结成几乎不导电的玻璃状体，电极将丧失运行功能[2]。而反映接地电极温升的主要土壤参数有接地极水温、水位及环境土壤的温湿度等[3]。
1.2接地极加装在线监测装置的必要性
按照国家电网公司《国网运检部关于开展接地极管理提升工作的通知》（运检一【2014】131号文）及国网西藏电力公司的提升接地极管理的要求，自2015年1月1日起将接地极提升为“接地站”，纳入换流站电站序列，实行无人值班管理。
直流换流站接地极一般都在偏远的地方，以拉萨换流站为例：饿玛接地极址位于林周县县城北约7.5km处，距拉萨换流站约11.2km。传统的维护手段为运维人员现场将监测井盖板抬起后开展手动测量、记录等工作，由于每个盖板重量约为200公斤左右，需四名运维人员采用特殊工具才能抬起，维护全部的16座监测井用时近8小时左右，耗费大量的用工及时间成本。因此，非常有必要对换流站接地系统实施在线监测。
2 接地极在线监测系统的设计
换流站接地极监测系统主要由接地极现场监测设备和换流站控制室后台设备两大部分组成。通过远程通信的方式与换流站内的监控系统通信，实现在换流站内对接地极状态监视，其主要监测内容包括：接地极设备红外测温、图像监视、导流电缆的入地电流监测、检测井水位和电极温度 、湿度的测量与监视、跨步电压监测、运行安时数监测。
2.1接地极在线监测系统传感器设计
拉萨换流站接地极共有接地极检测井共有24个，引流电缆与馈电棒连接处的两个检测井距离很近，因此，只在其中的一个井内安装水位传感器、土壤温湿度传感器，共安装8套；内环、外环各段馈电棒的中部设置的每个检测井安装水位传感器、土壤温湿度传感器各1套，共安装8套；全站水位传感器、土壤温湿度传感器各16套。
2.1.1 电路设计
（1）液位传感器
液位传感器采用静压式液位测量原理，即所测液体静压与该液体的高度成比例的原理。电路原理框图如图1所示，主要由微处理器、压力传感器、模数转换器、电池、天线等组成。
图1 液位传感器电路原理框图
（2） 温湿度传感器
温湿度传感器路原理框图如图2所示，主要由微处理器、温湿度传感器、电池、天线等组成。温湿度传感器采用高精度数字式温湿度传感器芯片，具有自动校准、测量准确度高、响应速度快的特点。
图2 温湿度传感器电路原理框图
2.1.2 结构设计
控制器采用铝合金外壳，铝合金材料具有强度高、密度低、耐高低温、无磁性等特点，铝合金外壳表面喷塑处理后使其具备更好的耐腐蚀性能。天线采用可更换设计，固定在铝合金外壳上，可根据实际需求更换不同尺寸、类型、增益的天线。
温湿度探头通过屏蔽电缆与控制器连接，屏蔽电缆的长度可根据实际需求定制。温湿度探头采用耐侵蚀性能良好的316L不锈钢加工，使用时必须将温湿度探头完全浸没于被测介质中。液位探头通过屏蔽电缆与控制器连接，液位探头的量程和屏蔽电缆的长度可根据液位测量深度进行定制，还需要根据不同液体的密度对液位值进行校准。
2.2监控后台设计
本站接地极在线监测系统后台不设置独立的监测系统后台系统，与换流站监控系统共用，已在换流站监控系统工作站上装设接地极监测系统软件，并进行接线修改等操作。现已实时监测到接地极设备红外测温、图像监视、导流电缆的入地电流监测、检测井水位和电极温度、湿度的测量与监视。跨步电压监测、运行安时数监测。换流站控制室后台和接地极现场监测设备之间通信系统，通过OPGW的光缆通信。
3 创新点及效益分析
3.1 创新点
拉萨换流站接地极在线监测装置与同类产品相比较具有如下创新点：
1.采用物联网技术，可以对换流站接地极设备运行状态进行实时监控。通过监控后台可以实时掌握接地极入地电流、监测井水温水位、跨步电压以及运行安时数等数据，方便换流站运维人员通过日比对数据及时发现接地极设备异常状态，达到真正的“状态检修”的目标；
2.采用具有自动校准、测量准确度高、响应速度快的传感器进行数据采集，一致性好。传统接地极入地电流、水位测量等需要运维人员利用钳形电流表、水位测量仪等仪器进行现场试验，数据准确性无法进行保证，该项目的实施彻底解决了传统人工测量数据的误差，数据“真实性”得到保障，同时数据库的建立方便运维人员查找特殊运行方式下接地极设备的运行参数；
3.有效减少了运维人员工作时间及工作量。传统方法测量需要运
维人员现场将监测井盖板抬起后开展手动测量、记录水温、水位等工作，测量采集接地极全部监测井信息需耗费大量的用工及时间成本。该项目的实施能有效节省人力物力，方便运维人员掌握接地极的运行情况，以此来提高接地极设备的精益化水平，达到接地极管理提升的要求。
3.2 效益分析
柴拉直流正常运行期间，接地极必须可靠运行，若由于水温、水位、环境土壤温湿度等原因导致，接地极电极出现热不稳定，丧失运行功能，一旦接地极出现异常，柴拉直流需停运。按照柴拉直流3年来日均负荷350万千万时计算，更换接地极设备约需3日，损失负荷约1050万千瓦时，根据国家发改委发改价格【2011】2621号文《关于调整西北电网电价的通知》中核定的输电价格0.06分/千瓦时计算，单次经济损失约63万元，另外因直流系统停运造成的藏中地区缺电及其他社会影响未作估算。
4 结论
本文对拉萨换流站接地极在线监测系统的设计进行阐述，可以实现在无人值守条件下全天候自动监测直流输电换流站接地极入地电流、观测井水位、水温等参数，并通过光纤传回后台主机，由后台主机进行分析，完成报警、故障定位等功能。拉萨换流站接地极在线监测系统的应用极大提升了换流站安全稳定运行水平，为其他换流站解决类似问题提供了宝贵经验，在后续的直流工程建设中有极大的推广应用价值。
参考文献
[1]赵婉君.高压直流输电工程技术[M].北京：中国电力出版社，2004：1-7.
[2]韩民晓，文俊，徐永海等.高压直流输电原理与运行[M].北京：机械工业出版社，2009：24-30.
[3]戴熙杰.直流输电基础[M].北京：水利水电出版社，1990：30-32.
论文作者:张斌1,李树震2,陈瑞1,赵欣洋1
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/15
标签：在线论文; 拉萨论文; 电流论文; 测量论文; 水位论文; 监测系统论文; 土壤论文; 《电力设备》2017年第34期论文;