作为高压直流输电工程的必要组成部分，直流接地极在直流输电系统中起着极其重要的作用：①单极运行时直接长时间地为系统输送电力，提高系统运行的可靠性；②钳制换流站整流阀中性点电位，以避免两极对地电压不平衡而损害设备。
我国的高压直流接地极普遍采用的布置形式是水平圆环浅埋式，埋设在表层土壤电阻率低的平原地区，占地面积大，以满足单极大地回线运行工况下接地极温升和跨步电压的限值要求。此外，接地极还应与220kV及以上交流变电站、埋地油气输送管道等保持一定距离，以减小对这些设施的影响。
而直流受端多落点于用电负荷需求大的经济发达地区，这些区域人口密度大，电网结构复杂，地下金属设施众多，选择满足接地极铺设条件的开阔地带十分困难，直流偏磁和对管道影响的问题突出。接地极距离换流站一般在30～60km为宜，目前一些广东珠三角地区的换流站往往把接地极选址在150km以外，加大了投资成本。
接地极的选址已成为制约直流输电工程发展的关键因素之一。现实情况迫切需要一种具备充分可行性的紧凑式接地极方案，为后续接地极选址提供更多的选择空间。目前南方电网正在试点开展紧凑式接地极的应用，包括深井型和垂直型两种非常规接地极。
竖直布置的直线型电极是一种有效的电极结构，能充分利用表层以下的深层土壤层泄流，减小接地极的占地面积。由于该电极结构有别于传统水平接地极，因此也需要适应其结构的导流方式。本文将分别对深井型和垂直型直流接地极的导流方式进行阐述。
1 深井型和垂直型直流接地极
根据单口接地极井的深度，可以分为深井型和垂直型两类。
1）深井型直流接地极。
其单口极井深度在百米以上，通常为数百米至1km，该类电极是利用基岩层泄流，上部几十或上百米做绝缘处理，可减小地电位升对极址周边数公里范围内设施的影响。由于单口电极的深度大，用于泄流的有效电极长度也足够长，通常只需要少量的几口深井电极就可以满足工程需要。
国内的该类型接地极仅有一例，即位于广东省的深井型试验接地极，单口接地极井长度1km，上端150m为绝缘段，下端850m为有效的电极段，共设三口深井电极，呈等边三角形布置。
2）垂直型直流接地极。
其单口极井深度通常为几十米，一般不超过50m，这种接地极的电极虽然为垂直埋设的形式，但和传统水平接地极类似，仍然是利用大地的土壤层泄流，因此也可称作垂直浅埋型接地极。该类接地极的本体由多口浅埋垂直接地井组成，垂直电极通常成环形布置，以避免电流从局部位置的电极集中泄流。
目前国内已投运的两个该类型接地极工程中，普洱换流站接地极采用了不规则双圆环布置，由61口长度为30m的垂直电极组成，东方换流站接地极则采用了椭圆单环布置，由52口长度为35m的垂直电极组成。
针对采用全电缆导流方式的情况，两类不同的接地极形式相应的导流方式是截然不同的。第一类深井型直流接地极，其用于连接电极的电缆数量少、截面大，电缆可直接独立地接至导流中心母线；第二类垂直浅埋型直流接地极，由于其电极数量较多，用于连接电极的电缆数量多、截面小，不宜直接连接到导流中心的汇流母线上，需经过汇流后，再采用大截面电缆连接至母线。
2 深井型直流接地极的导流方式
深井电极主要由护壁套管、馈电体、导流电缆、和焦炭填充物组成，其中馈电体由于长度大、自身重量大，因此必须采用通长的钢棒或厚壁钢管，才能承受下放时的拉力和安装完成后的压力。为保证电流馈入的可靠性，馈电方式可采用在馈电体的不同深度位置分别连接独立的导流电缆。
另一方面，鉴于目前的钻井工艺和能力，比较适合电极深度要求的钻井机械为牙轮钻机，其成孔的孔直径一般为 310～380mm，最大为 559mm，井深可达到1km至数千米，深度越大，可达到的孔径越小。因此深井电极的终孔井径小，电缆和其他设施的安装空间狭小，馈电体上的馈电点数量有限。根据终孔井径的不同，通常可设3～6个馈电点，均匀地分布在电极段的不同位置。
在深井电极内部垂直敷设的电缆考虑有抗拉需要，宜采用钢丝铠装型电缆，而水平敷设的电缆宜采用钢带铠装型电缆。因此一般在深井井口附近，设一口电缆转接井。转接井内，每根垂直敷设的导流电缆末端，分别通过电缆转接头与等截面的水平敷设导流电缆一字连接。图1为深井型电极的导流示意图。
图1 深井型电极的导流示意图
若接地极的极址为封闭区域，则电缆转接井可以设在地面；若接地极周边存在其他生产活动，为防止遭受破坏或者绝缘处理不当导致的漏电，可将电缆转接井埋设在地下。井内的转接头用环氧树脂包封，以增加绝缘可靠性和寿命。图2为电缆转接井现场制作的实际情况。
图2 电缆转接井实际效果
深井中导流电缆与馈电体放热焊接，需要保证焊点的连接可靠性，满足长期运行条件下对绝缘和防腐蚀性能的要求。如图3所示，可选用定制的铜抱箍件来增加连接点的接触面积，铜件先经过热胀冷缩紧固在馈电体上，再通过铜件侧面开孔与馈电体放热焊接，导流电缆与定制铜件之间采用“线-面放热焊接”。最后依次使用铅封和环氧树脂包封保护焊点。现场测试该接头的直流电阻小于同等长度的馈电体自身电阻。
图3 用于放热焊接的铜抱箍件
采用电缆独立馈电的导流方法时，电缆截面的选择应保证单口电极井内任意一根电缆断开，其他电缆仍能够起到正常的导流作用。由于电流的注入大小与馈电点的位置有关，因此应分别计算不同电缆断开的情况下，其他电缆上的电流分布情况。
多口深井电极的导流电缆之间也相互独立，故深井接地极的导流系统中，所有水平敷设的导流电缆终端均并联在导流中心母线上。
3 垂直浅埋型直流接地极的导流方式
垂直浅埋型电极井的馈电体，通常由钢棒或高硅铬铁棒构成。不管采用哪种材料，由于制作、运输和安装过程的限制，单根电极体的长度最多可达到10m左右，因此电极是由多根电极体上下一字排列组成的。每根电极体至少需由一根分支导流电缆馈电，单口电极井通常需要数根分支导流电缆，整个极环往往需要几十上百根分支导流电缆。
与馈电体连接的分支导流电缆截面小、数量多，不适宜独立地长距离敷设至导流中心母线。另外，同深井型电极一样，垂直敷设的电缆与水平敷设的电缆一般宜采用不同的型号。因此实际工程中通常是将多根垂直敷设的分支导流电缆汇集至主导流电缆后，再水平敷设至导流中心母线，如图4所示。
具体的方法是，将极环上的若干个相邻的电极井划分为一个电极组，极环上的各电极组所包括的井数基本均等。每一个电极组中设一口电缆转接井，作为该组内所有电极井分支导流电缆的汇集点。
相邻的多个电极组中的电缆转接井通过主导流电缆依次串联，串联电路的两端连接至导流中心母线，形成一个闭合回路。垂直接地极环通常经多个这样的回路导流，主导流电缆截面的选择，应保证其中一个回路在检修或故障退出运行的情况下，其他主导流电缆仍然能够满足各回路向电极组馈电的需求。回路越多，导流的可靠性越强，但导流系统的工程量越大，一般来说一个极环设4个回路为宜。
图4 垂直电极的馈电模式
垂直型直流接地极的导流方式分别如图5和图6所示。
图5 圆环垂直型直流接地极的导流方式
图6 不规则环垂直型直流接地极的导流方式
虽然图5和图6仅展示了圆形极环和不规则极环的导流方式，但其他形式的极环布置也适用于上述导流方法。当有多个垂直接地极环时，每个极环按上述方法独立导流，各极环通过主导流并联在导流中心母线上。
垂直型接地极的电缆转接井也可根据现场情况，选择设置在地面或地下。井内设一母线排，用于分支电缆和主电缆的转接；母线及电缆端头可用环氧树脂包封，以增强导流系统中该节点的绝缘性，如图7所示。电缆与馈电体的连接采用放热焊接，同样也包裹环氧树脂，保证分支导流电缆的端部绝缘的同时，可防止电流直接从连接点泄放，从而避免直接受到电腐蚀的破坏。
图7 垂直接地极的电缆转接方式
4 两种导流方式的选用原则
深井型接地极和垂直型接地极采用的导流方式不同，主要原因是各自电极的结构特点及数量不同。
单口深井只有一根馈电体，因此宜在不同深度位置，设多个独立的馈电点以提高导流的可靠性。在小容量直流工程中若入地电流很小，采用垂直浅埋式电极且电极数量不多时，也可采取导流电缆独立馈电的方式来提高可靠性，但国内极少有这种小容量常规直流工程。
大容量直流工程采用垂直浅埋型接地极时电极井数量较多，每口电极井内有多根馈电体，若其中一根失效对极环的整体性能影响很小，因此每根馈电体仅需一根分支导流电缆馈电。
由于垂直电极井的总体数量较大，连接馈电体的电缆总数量也很大，这时宜按电极组为单位，将组内的分支电缆汇集后，采用主导流电缆连接至导流中心；主导流电缆形成多个独立的导流回路，每个回路负责向极环上的一小部分电极井馈电。其缺点是其中一个回路上的主导流电缆断开或遭受破坏时，其他主电缆上的电流分布将受影响，主导流电缆的载流量裕度必须满足这种故障工况，导致其截面往往比正常工况下的需求大很多。
