探究高濕度高山風電場的防雷接地設計

摘要：雷電災害已列入十大災害之一，現已列入氣象災害。我國的電子元件產品限速的發展，在國民經濟社會中主要都是由于雷電災害影響。針對目前風電場來說災害比較集中，災害主要集中在箱變，箱變是綜合的防雷系統，認識雷電特性、沖擊特性，雷電是突變、瞬變，雷電覆蓋面積很廣，防雷接地要從接地系統幾何尺寸設計、驗收竣工資料方面等來做好防雷接地。本文主要以防雷接地設計為例，探討如何科學有效的對防雷接地進行設計，以此來為日后濕度高山風電場的安全運行提供參考。

關鍵詞：高濕度;風電場;防雷接地

風電場在我國社會經濟發展中占據著重要的地位，伴隨著風電場建設數量的不斷增多，如何確保風電場安全、穩定的運行也成為了相關部門所面臨的一項重大課題。就目前我國風電場的運行情況來看，由于多設在海拔較高的地區，因此，面臨的雷暴日也相對較多，這就要求風電場設計人員做好必要的防雷接地措施，避免由于雷擊而給風電場帶來安全威脅，確保風電場的安全運行。

一、風力發電機組的防雷接地網設計

通常情況下，在對風力發機組進行防雷接地網設計的時候，首先應該在風機內部設置等電位連接網絡，并確保其構造完整，然后在此基礎上結合風電場的實際情況，依據防雷分區對防浪涌保護裝置SPD進行正確裝設，SPD無論是正向擊穿還是反向擊穿，都能夠對風機內的設備起到有效的保護作用。為了能夠更好的將其保護作用發揮出來，減少線上感應過高的雷電過電壓和過電流對外部連接的箱變的破壞，對于引下線的選擇，應該盡可能采用屏蔽電纜。

圖1：風力發電機組防雷分區示意圖

此外，為了進一步確保泄流通道的設計符合需求，在對風力發電機組接地網的設計，應該嚴格遵循以下原則：（1）接地線材質合理選擇原則，就目前風電場發電機組的設備來看，大多都是鋼鐵制材料，比如說基礎環、地基鋼筋、塔筒以及機艙內設備等。因此，設計人員在對接地體和水平連接體的材質進行選擇的時候，應盡可能以熱鍍鋅鋼材為主。只有這樣，才能夠有效避免因不同金屬存在的電位差而導致的設備腐蝕問題，避免裸銅在高潮濕環境條件下容易產生的綠被腐蝕問題。（2）對接地網壽命的有效控制原則，通常情況下，對于風電場接地網壽命的設計，應該確保其能夠維持20年以上。考慮到高濕度高山風電場的運行環境容易使設備產生較大的腐蝕性，因此，應采用尺寸偏大些的接地線。目前風電場中常用的就是60×6的熱鍍鋅扁鋼，同時要對鍍鋅質量進行嚴格控制。（3）接地網外引長度控制原則，一般來說，接地網外引的長度設置不宜過長，如果較長的話，便無法有效完成降低沖擊電阻的目的。為此，對于接地網外引長度的設置，首先應該對土壤的電阻率進行計算，然后根據計算結果，對接地線外引長度進行合理設置。（4）連接點的有效設置原則，在風電場防雷接地網的設計中，最主要的連接點就是風機基礎接地網和接地引出線的連接，對于此方面的設計，應該使其盡可能將接地引出線敷設在與箱式變壓器相反的方向。（5）加快雷電流泄放原則，雷電流泄放是風電場防雷接地設計的一個重要組成部分，只有加快雷電流的泄放，才能夠進一步確保設備運行的安全性。

根據上述設計原則我們可以大致對發電機組的防雷接地網系統設計有一個初步的了解，即利用60×6的熱鍍鋅扁鋼作為材料焊成接地內環、外環和3根接地扁鋼，3根接地扁鋼由上至下，由里至外分別與接地匯流排、接地內環、外環牢固焊接，并引出基礎坑外水平向外延伸1.5m，用于與風機基礎坑外部的接地網連接，以此來構成完整的接地系統。

二、風機箱式變壓器的防雷接地設計

就我國目前風電場所采用的箱式變壓器來看，大多都是以1KV和35KV電壓系統為主，這類箱式變壓器在運行過程中，對工頻接地電阻具有明確要求，即不能大于4Ω。但是在海拔較高的地區，想要將電阻控制在4Ω以內是非常困難的，就算能夠實現，其所需的成本也相對較高。面對這種情況，設計人員如果想要將此要求充分滿足，可以將風機接地網和箱變接地網二者連接成一個整體，這樣一來，塔筒便可以充當避雷針使用，在多雷地區便可以實現對箱變的有效防護。

為了更好的實現對箱式變壓器防雷接地的有效設計，在實際開展設計工作的時候，設計人員還應該注意以下內容：

第一，要確保箱變的外部結構能夠適應高海拔的高濕環境，同時做好必要的密閉性措施。此外，應在箱變內部設置性能優良的溫濕度控制器，內部設備也應該盡可能選用高海拔濕熱型產品，并在此基礎上結合箱式變壓器運行的實際環境，對設備的間距和接地距離進行合理設置。這樣一來，便可以有效增強箱式變壓器的絕緣強度，增強其抗雷擊的能力。

第二，在箱式變壓器投入使用之前，設計人員可以增設一組防雷保護器，保護器應該設置在變壓器的低壓側和斷路器之間，保護器的型式應根據實際情況合理選擇，目前比較常用的型式有開關型浪涌保護器SPD和限壓型浪涌保護器SPD。浪涌保護器SPD的優點主要是對設備能夠起到良好的保護作用，但成本相對較高，而且兩種類型的浪涌保護器SPD均有密閉性較差的缺點，不宜在戶外使用。如果在戶外使用，則會出現保護器燒壞的情況，嚴重的甚至還會發生爆炸，嚴重威脅著設備的安全運行和工作人員的人身安全。鑒于此，為了能夠將防雷保護器的作用充分發揮出來，設計人員可以采用無間隙型氧化鋅避雷器，該設備不僅具有良好的密封性能，而且能夠承受相對地的正向過電壓，不會造成反擊，因此更適合應用在高濕度高山地區的風電場，而且設備造價便宜，設備相關參數如表1所示：

表1：無間隙型氧化鋅避雷器具體參數表

型號

單位

YH1.5W-0.8/3.9G

避雷器額定電壓

KV

0.8

額定頻率

Hz

50

持續運行電壓

KV

0.69

標稱放電電流（8/20чs）

KA

1.5

1mA直流參考電壓（不小于）

KV

1.6

雷電沖擊電流（8/20чs）下殘壓（峰值，不大于）

KV

3.9

2ms方波電流

A

600

適用海拔

按實際要求

相對濕度

不小于95%，應考慮密封性能措施，應能保證在高潮環境下正常熄弧

第三，無論采用哪一種類型的保護器對設備進行保護，在投入使用之前，運行人員都應該對設備進行必要的檢測工作，只有檢測合格之后，才可以投入使用。在使用之后，同樣要進行檢測，確保防雷保護器始終處于正常運行的狀態。

第四，對于變壓器中性點的設備，應該根據系統運行的實際情況，將與之相關的連接線進行合理設置，應確保其盡可能短，且截面應足夠大。也就是說，在箱式變壓器的內部應該做好充分的等電位連接。

第五，箱式變壓器接地系統由60×6的熱鍍鋅接地扁鋼焊成的人工接地體組成，并輔以L60×6×2500的角鋼接地極。地網連接完成后預留2個接地抽頭，以便與以后的風力發電機組后期接地系統連接，此連接點應遠離風機防雷引下線與風機基礎接地網的連接點。

三、結語

綜上所述，確保防雷接地設計的科學性和合理性是促進風電場安全、穩定運行的重要措施，設計人員需要結合風電場運行的實際情況，對防雷接地進行合理設計。然而就目前我國高濕度高山風電場設備、地網的防雷接地設計的現狀來看，卻仍然存在一些有待完善的地方。因此，在未來的設計工作中，設計人員需要多參考氣象條件的規范指導設計，并不斷積累經驗，以此來減少由于雷擊而給設備造成的破壞，提高風電場運行的安全性和穩定性。

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