貴州山地風力發電機地網接地電阻檢測方法探討

曾勇 張淑霞 黃鈺

摘 要：目前我國尚未制定統一的針對風力發電機組的防雷裝置檢測的檢測規范和技術標準，仍然按照目前建（構）筑物防雷檢測標準進行檢測。貴州省風力發電建設正處于突飛猛進增長階段。受到山地氣候特征影響，貴州省雷電活動具有復雜性和易損性。本文針對貴州特殊的山地環境，提出了針對山地環境的風力發電機組防雷裝置檢測方法，為貴州山地風力發電機組防雷接地設計和雷電防護提供參考。

關鍵詞：雷電；防雷裝置；風力發電機；地網；接地電阻

貴州省年平均閃電次數達40～60萬次，年平均閃電密度高達10.2次/km2，國內排列第四位，屬于多雷區[1]。由于貴州地區風力發電機組通常建設在山頭或山脊處，海拔一般上千米以上，加上風力發電機自身機身高度，風力發電機組遭受雷擊概率增大。根據省內風電場運行情況，已有多個風電場的風電機組都不同程度遭受雷擊危害。目前國內外針對風力發電機組接地網防雷接地電阻檢測的標準還沒有，現在檢測仍然按照國家防雷標準執行。所以，對山地環境下風力發電機防雷裝置檢測方法進行研究具有必要性。

1 測試內容及方法

1.1 測試內容

本文主要研究對風力發電機組及35kV箱式變電站接地網的防雷檢測，對風電場內110/220kV升壓站和輸電線路桿塔及建筑物防雷裝置的檢測主要依據規范如GB/T214312008 《建筑物防雷檢測技術規范》、GB/T17949.12000 《接地系統的土壤電阻率、接地阻抗和地面電位測量導則》等。風力發電機接地網接地電阻大小是影響雷電流能否快速入地的主要因素。故本文主要分析風機主接地網工頻接地電阻檢測方法，其他防雷裝置測試方法按照常規規程檢測。

1.2 測試方法分析

1.2.1 風力發電機接地形式

在對風力發電機組接地網進行檢測時，首先必須初步對風力發電機的接地形式及總平面設計有初步了解。根據統一資料，貴州地區風力發電機主要采用環形接地網加輔助接地方式，這與風機所處地域地形地貌及環形地網泄流情況密切相關[4]。在進行實地檢測時候，要根據地網設計布置情況制定具體檢測方案。

1.2.2 測試方法

在實際的防雷裝置檢測工作中，主要采用兩極法和三極法進行檢測。對大型地網會采用異頻法和工頻電壓電流法。兩極法測量誤差較大，本文主要分析用三極法進行測試。三極法又分為直線法和夾角法兩種。

（1）三極直線法。采用直線法，其試驗原理接線圖如圖1所示。按照圖1布置好接線方式，電壓極引線與電流極引線之間距離不小于10m。假設被測地網的最大對角線長度為D，整個地網中心與地網邊緣之間的距離為d，單位為m。那么，dGC取（4～5）（D-d），dGP取（4～5）D×0.618-d；在電極布置時，盡量將電壓極引線和電流極引線分開一定距離，不能緊挨并行放線或交叉放線，否則測量誤差較大[5]。在利用三極法進行風力發電機組接地網接地電阻測試時，首先要根據風力發電機的地網設計圖確定地網的最大對角寬度，圓形地網確實其直徑。

（2）夾角法。條件允許時，大型接地裝置的工頻接地電阻測試可采用電流—電壓線夾角布置的方式。電流—電壓線夾角約為30度，電流、電壓引線長度取dCG=dPG=2D，其測量結果綜合相應要求進行修正。由于風力發電機處于山頭或山脊，所以采用夾角法進行測量很具有靈活性，測量進度也高。夾角法測量風機地網典型電極布置方式如下圖2所示。

在土壤電阻率較均勻的地區，電流極到地網的距離取2D，電壓極到地網的距離可取D。

在土壤電阻率不均勻的地區，電流極到地網的距離應取3D，電壓極到地網的距離應取1.7D。在貴州山地環境下，土壤一般是不均勻的，存在明顯分層結構，所以在進行電極布置時，要首先通過地勘資料或者實際土壤電阻率測試數據分析土壤是否均勻，合理布置電極，較小測試誤差。

2 檢測建議

由于貴州省特殊的地形地貌以及貴州省防雷減災中心對省內風力發電機接地網接地電阻檢測經驗，對貴州山地風力發電機接地網檢測提出如下建議：

（1）合理選擇測試方法，測試方法選定，放線方式也就確定。因為一臺風力發電機組基本占據一個小山頭或山脊，實際操作空間有限。要根據風機建設區域實際情況具體分析，不能盲目放線，不然測量誤差會更大。

（2）充分利用業主方提供的風力發電機防雷接地網設計圖紙，準確分析出地網的最大對角線長度或直徑。確定因地網輔助接地如外沿接地的外沿距離及外延點。如果電壓極正好打入外沿接地點，測量得到的接地電阻值肯定小，沒有測量到風機電網真實接地電阻值。

（3）在每次測量過程中，要利用GPS測量出電壓極和電流極的經緯度，并做好及時記錄存檔。因為當下次進入年檢的，在此盲目尋找電壓極和電流極位置布置點，測量的結果將會與之前的測量結果差距較大。以前測量結果可能小于4歐姆，按照現在測量方式結果可能大于4歐姆，接地電阻值就不能滿足設計要求。所以，要記錄好電壓極和電流極經緯度，以便于下次測量，這樣結果才有可比性。

（4）在貴州地區，由于風力發電機場址區域土壤較少，巖溶巖石居多，如果電壓極和電流極打入比較困難，可以在電極區域倒入水適當讓打入點侵濕，便于打入測試極的同時又可以讓測試電流較好流入大地。風力發電機所處區域土壤絕大多數存在分層結構，在利用三極直線法進行測量時，應該按照水平分層土壤的電極布置方法進行測量[6]。

3 結語

本文對貴州山地風力發電機接地網接地電阻檢測方法進行了分析，提出了相關檢測建議。防雷接地工程是風力發電場建設工程中一個重要的工程，與風力發電機組的長期安全運行密切相關。而準確的風機地網接地電阻數據將成為接地網是否可靠的評判標準，所以為了減少雷電對風力發電機造成更大危害和給風電運行帶來損失，一定要將風力發電機地網防雷檢測做的更準確，才能為地網的整改或建設提供參考。同時，在進行風力發電機接地網檢測時不僅要參照現行的相關建（構）筑物防雷裝置檢測標準，還要根據風力發電機組的實際情況進行檢測，這樣得到的數據才能準確、可靠。

參考文獻：

[1]丁旻，邵莉麗，彭芳.貴州省雷暴活動規律與雷電災害特征相關性分析[J].貴州氣象，2009，33（6）：1213.

[2]宋國強，張新燕.風力發電場防雷接地技術[J].電力學報，2012，27（6）：564565.

[3]楊仲江，李玉照，李慧.風力發電場防雷接地技術[J].可再生能源，2010，28（5）：104107.

[4]楊廷方，張航，陳智翔，羅星辰.圓環地網與方形地網沖擊特性對比仿真[J].電瓷避雷器，2013，256（6）：6570.

[5]何金良，曾嶸.電力系統接地技術[M].北京：科學出版社，2007.

[6]曾勇，吳安坤，張淑霞.分層土壤接地電阻測試方法研究[J].現代建筑電氣，2016，04（9）：3538.

作者簡介：曾勇（1986），男，碩士，助理工程師，從事防雷接地技術工作；張淑霞（1987），女，工程師，從事雷電防御技術工作。