高压直流输电非常适合长距离、大容量电能输送,接地极是高压直流输电系统的重要组成部分。垂直型直流接地极主体由按一定规律布置的电极井和导流系统组成,与水平接地极相比占地面积大大减小,应用前景广阔。目前我国已有2015年投运的±800k V普侨直流工程送端和2018年投运的±800k V滇西北直流工程受端采用了垂直型接地极方案,但在接地极优化设计及运行方面经验不足。本文围绕垂直型直流接地极的电极参数差异化设计和接地极附近大跨度导体的接触电势问题展开研究。同心双环布置垂直型直流接地极占地面积比常规垂直接地极更小,适用于极址面积严重受限的地区。仿真计算研究了同心双环布置垂直接地极分流规律,结果表明流过内环电极的电流明显低于外环电极,其原因是内环电极受到屏蔽作用影响较大,分流的明显差别也会引起内、外环电极暂态温升出现较大差异。针对内、外环电极分流和暂态温升差别较大的问题,提出了首先通过调整内、外环电极长度的大小以减小分流的差异,然后调整焦炭层截面直径以减小暂态温升差异的方法;通过对系列仿真模型的计算结果进行拟合,得到了内、外环电极长度以及焦炭层截面直径的定量优化配置方法;典型算例的计算结果表明采用本优化算法可在不增加接地极工程量的基础上有效减小接地极内、外环电极分流和温升的差异,且接地极最大暂态温升能较大幅度降低。垂直型直流接地极的电极等间距分布在一个圆上是最为理想的布置型式,但受极址条件限制往往采用不规则椭圆形布置。建立了典型的椭圆布置垂直型直流接地极的模型,仿真计算研究了接地极跨步电势分布特征,结果表明长轴端部附近跨步电势明显高于其他部位,分析揭示其原因是长轴端部附近曲率半径较小导致的流过电极的电流较大以及电极产生的跨步电势轴向分量较大。基于长轴端部附近跨步电势突出的原因提出了对长轴端部区域增加电极密度、增大曲率半径和增加电极埋深等降低跨步电势的方法,通过仿真计算研究了各方法的效果,发现适当增加长轴端部及附近数根电极的埋深的方法最为有效。针对工程中电极埋深过大会增大塌方风险的问题,提出在电极顶部的焦炭与土壤交界面增加一个有绝缘层的护壁钢管的等效增大电极埋深的方法。接地极附近的大跨度导体会构成一个长距离多点接地的导体系统,各接地点间巨大的电位差可能会导致导体上出现较高的接触电势,与传统意义上转移电势的原理相似。首先以一个简化的三点接地模型为例分析,得到了简化的电路模型和各接地点处导体的接触电势计算公式,发现导体接触电势主要取决于接地点间的电位差以及各接地点接地电阻;然后从土壤电阻率、线路走廊与接地极的相对位置关系、接地点的数量及分布、接地点接地电阻等方面研究了导体接触电势的变化规律,提出了避免导体接地点距离接地极边缘过近、导体走廊尽量与接地极轮廓形状保持一致、避免导体两端接地点过于集中、降低两端接地点及距离接地极边缘较近的接地点的接地电阻等限制导体接触电势的方法;最后结合典型案例分别分析了某接地极附近吊线式架空光缆以及金属围栏的接触电势风险,根据其各自的结构特点分别从截断电流路径和减小导体段长度两个角度提出了消除接触电势风险的解决方案,工程应用证明了方案的有效性。