接地极线路是直流输电系统的重要组成部分，不但可以限制中性点电位，还可为直流电流提供通路^[1]。接地极线路（即接地极引线）是将直流电流引入接地极的唯一通路，在直流输电系统中，接地极线路运行情况直接关系着输电线路的运行方式^[1]。若接地极线路发生故障，会造成直流线路降压运行，甚至导致线路极闭锁。

接地极线路故障主要有雷击、污秽、树害对地闪络3种情况^[2]。国外直流输电工程和我国葛洲坝—上海南桥直流输电工程的接地极线路运行经验^[1]表明，影响线路绝缘安全的主要因素来自雷击续流，因此必须通过加装招弧角来保护绝缘子。要求招弧角的安装间隙既能保护绝缘子，又能拉断续流（灭弧），同时要求招弧角间隙应该大于临界灭弧间隙，且小于绝缘子串与杆塔配合间隙。若招弧角的安装间隙不合适，会对接地极线路和直流输电线路运行带来极大的安全隐患，轻者损伤设备，重者将造成直流输电线路极闭锁，从而中断电力输送，甚至危及生命和财产安全^[3]。本文以伊穆直流输电系统接地极线路导线脱落事故为例，分析事故原因及其对线路运行带来的严重危害，并提出相应的防范措施。 1 伊穆直流输电系统接地极线路概况

伊穆直流输电接地极线路主要包括接地极线路1条，即伊敏换流站—哈尔干，全长73.418km，直流输电系统接地极线路分为极Ⅰ（正极）线路直流系统和极Ⅱ（负极）线路直流系统。线路杆塔224基，其中转角塔11基、耐张塔6基、分支塔4基，直线塔203基；极址1处，即哈尔干极址，位于伊敏换流站东北部，占地面积2.05km²。接地极线路全线设避雷线1根，型号为GJ-80，线路导线为LGJ630/45型双分裂导线，招弧角设计安装间隙为200mm。 2 接地极线路导线脱落事故的发生 2.1 接地极线路不平衡告警故障分析

2012-06-28T06：23，500kV伊敏换流站发生站内故障，极Ⅰ线路直流系统闭锁，转为单极大地回线运行方式，接地极线路阻抗不平衡告警，30ms后复归。各控制保护主机（PCP、PPR）故障录波波形（接地极引线不平衡电流IDEL数值）变化基本一致。接 地 极 线 路 不 平 衡 保 护 定 值 设 置 为：|I_DEL1-I_DEL2|>60A，其中I_DEL1为极Ⅰ（正极）线路直流系统不平衡电流，I_DEL2为极Ⅱ（负极）线路直流系统不平衡电流，保护报警延时50ms。故障录波图显示，在故障发生时I_DEL1明显大于I_DEL2；在故障跳闸发生后250ms至录波结束，I_DEL1约为2.38kA，I_DEL2约为0.65kA，两者电流值仍相差较大。故障发生至录波结束，不平衡电流持续1400ms，由此初步判断I_DEL1线路上存在故障点。 2.2 不同运行方式转换时接地极线路的异常情况

6月28日16：39，由单极大地回线运行方式改为金属回线运行方式，对接地极线路进行逐基全线特巡后，未发现异常。

7月4日11：14，接地极线路由金属回线运行方式转为单极大地回线运行方式，接地极线路不平衡电流波形如图 1所示。不平衡电流（I_DEL1、I_DEL2）由0逐渐升至1.214kA，整个过程电流基本一致，未发现异常。

图 1(Figure 1)

图 1 极Ⅱ直流系统单极金属转大地回线运行方式不平衡电流曲线

7月4日14：23，极Ⅱ直流系统由单极大地回线运行方式转为金属回线运行方式，波形如图 2所示。转换前不平衡电流（I_DEL1、I_DEL2）基本一致，无异常，约为1.23kA；转换时电流同时降低，但I_DEL1与I_DEL2相比波动较大，持续时间约110ms，由于持续时间较短，未发出报警信号。

图 2(Figure 2)

图 1 极Ⅱ直流系统单极大地转金属回线运行方式不平衡电流曲线

从6月28日和7月4日的2次大地回线转金属回线运行方式的波形图可以看出，在2次转换过程中，金属回线转换开关断开时I_DEL1的曲线变化异常，双极中性线的差动电流都很小，断开转换开关时的操作过电压都较大（超过100kV），在招弧角放电间隙建弧燃烧，导致I_DEL1的接地极线路引线某处绝缘破坏，I_DEL1异常。2.3 恢复正常运行方式时接地极线路的异常情况

7月6日19：17，极Ⅱ直流系统由单极金属回线转单极大地回线运行方式，操作转换开关后，运行人员工作站报“接地极电阻监视阻抗异常”信号，中性母线电压由25kV降至3.1kV，接地极阻抗Z=（58＋j90）Ω，且逐渐增大，20：00，Z增大至160Ω不再变化，此刻接地极线路电流为2830A。

7月7日01：20—04：03，由极Ⅰ系统解锁、双极大地回线运行→极Ⅰ系统闭锁、单极大地回线运行→极Ⅰ系统解锁、双极大地回线进行了多次运行方式转换的操作。经巡视发现，接地极线路4号塔一侧导线脱落，左线绝缘子因电弧击穿致使导线落地，横担挂点侧招弧角（放电间隙）已全部烧毁，导线侧挂点招弧角（放电间隙）烧损严重。发现地面有绝缘子炸裂碎片，导线落地处草地烧损，附近有1匹马因跨步电压电击导致死亡。事故现场照片如图 3、图４所示。

图 3(Figure 3)

图 1 极Ⅰ线路直流系统接地引线4号塔连接金属和绝缘子烧损

图 4(Figure 4)

图 1 极Ⅰ线路直流系统接地引线4号塔爆炸绝缘子钢脚烧损

式转换的操作。经巡视发现，接地极线路4号塔一侧导线脱落，左线绝缘子因电弧击穿致使导线落地，横担挂点侧招弧角（放电间隙）已全部烧毁，导线侧挂点招弧角（放电间隙）烧损严重。发现地面有绝缘子炸裂碎片，导线落地处草地烧损，附近有1匹马因跨步电压电击导致死亡。事故现场照片如图 3、图４所示。3 事故原因分析

通过对伊穆直流接地极线路绝缘子炸裂、导线脱落事故现场进行分析，在6月28日、7月4日的2次大地回线转金属回线运行方式过程中，断开转换开关的瞬间，由于接地极母线电压U_dn很大（超过了100kV），击穿招弧角放电间隙（查阅施工记录，4号塔招弧角放电间隙设计值为200mm，施工安装为190mm），在直流电压作用下导致一侧招弧角燃弧、烧损，I_DEL1异常。当操作过电压降低至一定程度后息弧，同时极Ⅰ线路4号直线塔绝缘子受损，绝缘子外皮未受损，导致绝缘水平降低。

2012-07-06T19：17，500kV伊敏换流站极Ⅱ直流系统在单极金属回线转大地回线运行方式过程中，4号直线塔的绝缘子再次受到冲击，尤其在7月7日01：20—04：03，进行运行方式转换操作时，短时间内进行了多次操作，操作过电压导致4号塔绝缘子被完全击穿，通过绝缘子招弧角对大地释放电流，此时大地回路电流为接地极线路电流（2380A），在大电流的作用下，瓷质绝缘子受高温及电弧作用发生炸裂，造成导线脱落对地放电事故。

经分析，引起招弧角击穿、起弧燃烧的直接原因是招弧角放电间隙过小（220mm），无法躲过系统操作过电压。在直流大电流时间较长的直流大电流作用下，招弧角电弧放电融化蒸发，绝缘子受热改变物理特性，造成绝缘子完全炸裂，钢脚与钢帽分离，导致导线脱落。4 防范措施

针对本次事故，提出了以下防范措施。（1）招弧角放电间隙设置原则：要求既能躲过操作过电压，又能起到防雷保护绝缘子的作用。放电间隙范围应不小于300mm、不大于85％绝缘子有效串长^[3]。

（2）由设计单位负责对接地极线路导线招弧角间隙距离进行核算，应考虑接地极线路的绝缘配置情况，根据线路电压分布采取差异化设计。

（3）线路运行维护单位要做好接地极线路绝缘子零值检测工作，确保线路绝缘性能良好。

（4）当直流线路的运行方式为单极大地回线运行方式时，线路运行维护单位应提前进入现场，对接地极线路进行红外测温试验，并开展线路特巡工作。

（5）在经济条件允许的情况下，应在接地极线路中加装实时监控装置，尤其是在单极大地回线运行方式下，通过在线监测系统能及时发现接地极线路绝缘击穿故障。