智能接地監測預警系統在水電站和風電場的應用

安 東， 李 峰， 陳 煒， 龔 震

(1.重慶云能發電有限公司，重慶 云陽 404500；2.成都云通泰和科技有限公司，四川 成都 610041)

智能接地監測預警系統在水電站和風電場的應用

安 東1， 李 峰2， 陳 煒2， 龔 震2

(1.重慶云能發電有限公司，重慶 云陽 404500；2.成都云通泰和科技有限公司，四川 成都 610041)

目前，水電站、風電場的防雷接地的測試，多為當地氣象主管部門每年進行一次年度測試，這個測試結果只能反映測試當時的防雷接地情況。智能接地監測預警系統對接地各項參數進行了實時監測和超標預警，促進了運行大數據化、智能化，形成了設施運行參數數據庫，方便了基礎設施管理維護，及時消除了潛在隱患，提高了設備運行水平，保證了設備及人員安全，同時為后續相關設施設備建設提供了理論參考依據。

接地電阻；智能預警系統；水電站；風電場

0 引 言

智能接地監測預警系統將接地網接地電阻、土壤地質情況等與接地相關的安全因素全方位監測起來，實現隱患預警。該系統適用于長期定點對接地網的監測，具有實時監測接地電阻、土壤電阻率、土壤環境溫度、土壤環境濕度、自動報警、自動分析接地電阻狀態變化等功能，實現多工作站集中管理，軟件分級監控，自動預警，操作簡單，用戶可實時了解接地網狀態，及時了解設備接地是否穩定可靠，是否存在安全隱患，對接地故障進行提前預警來降低或消除設備、人身安全隱患。

智能接地監測預警系統在2016年4月-2017年5月在國電大渡河某水電站的應用；

智能接地監測預警系統在2016年6月-2017年7月在四川某風電場的應用。

1 成果分析

1.1 在水電站的應用

1.1.1 測試典型數據

該水電站位于大渡河沿岸，其地網分為水下接地網和土壤中接地網兩部分。本文選取2016年8月的實時監測數據用于觀察分析。測試周期設定為每天測試一次，數據如下：

A. 8.31～8.15接地電阻值：.46/0.46/0.45/0.45/0.45/0.45/0.46/0.46/0.46/0.46/0.68/0.68/0.46/0.45/0.45/0.45；

B.土壤電阻率測試值：365.9/365.8/365.3/365.8/365.8/365.1/367.5/367.2/366.2/369.5/369.1/368.6/367.9/367.5/367.5/366.2/366.2；

C.土壤濕度測試值：38.9/38.9/38.7/37.9/37.4/37.4/35.9/36.4/36.6/36.6/37.2/37.4/37.7/38.2/37.8/38.5/38.5；

D.土壤溫度測試值：17.6/18.5/18.6/19.6/19.7/20.5/21.4/22.6/21.5/21.6/21.6/20.6/21.5/20.5/19.5/19.6；

E.天氣情況：中雨/中雨/中雨/小雨/陣雨/中雨/小雨/多云/陣雨/陣雨/多云/多云/多云/小雨/小雨/小雨/小雨；

1.1.2 曲線生成

軟件可自動生成接地電阻、土壤電阻率、土壤溫度、土壤濕度測試結果圖形，如下：

1.1.3 數據分析

1.1.3.1 接地電阻波動

從上面觀察數據及圖1可以看出，該水電站接地電阻基本維持穩定，8月20日及8月21日除外。經查8月20日及8月21日智能接地監測預警系統發生報警，報警原因為接地電阻值超標。

圖1 接地電阻變化曲線

圖2 土壤電阻率變化曲線

圖3 土壤溫度變化曲線

圖4 土壤濕度變化曲線

發生報警后，現場工作人員及時對現場情況進行排查，最終找出了報警原因：在此2天內，電站在進行新增電纜施工，開挖埋設溝槽時，致使部分接地裝置裸露在外，是導致接地電阻增大，發生報警的原因，及時將其恢復，測試結果正常。從上圖1，可以直觀的反應出接地電阻值變化情況。

1.1.3.2 土質因素

從圖1及圖2可以看出，該水電站的接地電阻穩定與土壤電阻率的變化無明顯關聯變化。原因是：本次測試的是水電站周圍土壤的電阻率，其變化受降雨及土壤的濕度影響，而本站水下地網面積大，水的電阻率較為穩定，使接地電阻基本維持穩定，因此接地電阻值與土壤電阻率的變化呈現出非關聯的變化。

1.1.3.3 土壤環境因素

土壤環境因素主要包含兩方面的內容：土壤濕度和土壤溫度。其中尤以土壤濕度因素為主。從圖2、圖4可以看出，土壤電阻率隨土壤濕度的增加而降低，隨土壤濕度的減小而升高，同時該水電站土壤電阻率、土壤溫濕度變化幅度較小，主要是因為水電站水資源豐富，土壤中的含水量等基本穩定，受其變化量影響小。

綜上可知，水電站(特別是含有水下地網)正常情況下接地電阻基本維持在一個相對穩定的狀態，當由于受外界因素(擴容修建、水土流失、電化學腐蝕等)的影響，時而會有接地電阻值跳變的情況，這種情況應及時找出引起跳變的原因并及時處理，確保設備、人身安全。因此對水電站接地情況實時監測十分有必要。

1.2 在風電場的應用

1.2.1 測試典型數據

該風電場位于四川廣元市，風機沿山脊分布，且風機屬高建筑，極易遭受雷擊。風機所處位置地表有一層薄土，其下層為巖石，巖石的保水性差，土質條件惡劣。在該風機安裝智能接地監測預警系統用于及時了解風機的接地電阻及其它接地相關安全因素的變化。本文選取2017年6月的實時監測數據用于觀察分析。測試周期設定為每天測試一次，數據如下：

A.6.30～8.15接地電阻值：2.70/2.84/2.72/2.68/2.61/2.56/2.54/2.55/2.54/2.56/2.60/

2.32/2.33/2.34/2.39；

B.土壤電阻率測試值：550.7/565.9/550.8/541.9/521.3/514.2/507.6/508.9/506.8/512.3/520.7/486.1/485.7/487.8/490.4；

C.土壤濕度測試值：21.3/20.8/22.4/23.1/27.3/29.6/30.2/29.4/30.2/29.4/30.3/29.8/28.6/30.6/31.2/30.6/29.8；

D.土壤溫度測試值：20.1/19.6/19.7/21.0/21.4/19.4/22.1/20.8/19.9/20.7/20.7/19.7/19.4/18.7/17.8；

E.天氣情況：小雨/陰/陰/多云/多云/多云/小雨/陰/小雨/小雨/多云/陰/小雨/小雨/多云；

1.2.2 曲線生成

軟件可自動生成接地電阻、土壤電阻率、土壤溫度、土壤濕度測試結果圖形，如下：

圖5 接地電阻變化曲線

圖6 土壤電阻率變化曲線

圖8 土壤濕度變化曲線

1.2.3 數據分析

眾所周知，接地電阻受土質、天氣條件、地網接地體長度、接地極數量、埋設深度、材質、接地體形狀、地網結構、接地體埋設時間等多個因素影響。對于已安裝完成的接地網，接地電阻的變化主要受土壤電阻率的變化、天氣條件變化的影響大。

1.2.3.1 降雨因素

從第二組數據可以看出，降雨時，接地電阻、土壤電阻率呈減小的趨勢，土壤濕度呈增加趨勢；特別是大雨時，接地電阻、土壤電阻率降低明顯，主要原因是雨量充足，雨水滲透表層土壤，滲透入地下巖石，巖石吸水后，其導電性迅速增加，使得接地電阻和土壤電阻率減??；降雨停止，天氣轉晴，巖石水分流失，使得土壤導電性急劇降低，接地電阻、土壤電阻率增大。

1.2.3.2 土質因素

對比圖5、圖6可以看出，接地電阻與土壤電阻率基本成正線性變化趨勢。土壤電阻率降低，接地電阻值變小，當土壤電阻率降為最低值時，接地電阻值出現最低；當土壤電阻率升高為最大值時，接地電阻值出現最大值。

1.2.3.3 土壤環境因素

土壤環境因素主要包含兩方面的內容：土壤濕度和土壤溫度。其中尤以土壤濕度因素為主。土壤對比圖5、圖6、圖7可以看出，接地電阻、土壤電阻率隨土壤濕度的增加而減小。

1.2.3.4 風機接地電阻波動

從圖5可以看出，該風機在本月的接地電阻值波動較大。主要是由于風機安裝于山脊，其土質條件惡劣，無法鎖住水分，高海拔天氣突變多，原地網施工時未加入吸水、保水的措施，導致接地電阻不穩定，幅值變化大，不利于風機的安全運行生產。因此對風機的接地電阻進行實時監測十分有必要。

綜上可知，受風機所處位置環境因素的變化，風機的接地電阻值會發生較大的波動，很難維持在一個相對穩定的接地狀態。而良好的接地是保證雷擊過程中風電機組安全的必備條件。接地作為整個防雷系統和設備正常工作最重要的環節，其效果的好壞直接關系到整個防雷系統的效果和設備工作穩定性。因此對風機的接地電阻進行實時監測十分有必要。

2 效 益

2.1 實時效益

目前，對防雷裝置的檢測，多為氣象部門每年進行一次年度測試，這個測試結果只能反映測試當時的防雷裝置運行情況，由于防雷裝置的運行受到多方面的影響，這種一年一次的測試結果很難準確地反映出防雷裝置的變化趨勢，而只能作為對防雷裝置運行情況的一般參考。智能接地監測預警系統可實時監測風機的接地電阻、接地電阻超標報警、接地電阻隨天氣、季節、溫度、濕度、時間的波動情況。

2.2 技術效益

目前風機的檢測多為人工檢測，檢測人員需經過專業培訓，投入的人工成本高，檢測結果受人為因素的影響較大，而智能接地監測預警系統實現智能監測，可排除人為影響，實時監測防雷裝置運行情況，防雷接地故障進行提前預警來降低或消除設備、人身安全隱患極為迫切。

2.3 預防效益

目前防雷方面的安全事故，都是在事發后進行整改補救，沒有在事前進行預防。這種情況帶來了許多安全事故、造成了較大經濟損失。智能接地監測預警系統將接地網接地電阻、土壤地質情況等，與接地相關的安全因素全方位監測起來，用戶可實時了解接地網狀態，及時了解設備接地是否穩定可靠，是否存在安全隱患，在監測到接地不良及接地電阻超標時，立即提示出現安全隱患，啟動應急預案，中止危險作業，進行人員疏散等，防止和減少接地因素帶來的危害，保護人民的生命和財產安全，做到事前預警。

2.4 建設規劃效益

經年累月的大數據積累，圖形化、智能化測試結果分析，精準的防雷裝置運行情況預判，為后續風機防雷建設提供重要參考依據。

3 結 語

目前，水電站、風電場的防雷接地的測試，多為當地氣象主管部門每年進行一次年度測試，這個測試結果只能反映測試當時的防雷接地情況。由于防雷接地裝置包含多個系統(如直擊雷、等電位連接、接地、浪涌保護等系統)，這些系統受到多方面的影響，這種一年一次的測試結果很難準確地反映出防雷裝置的的變化趨勢，而只能作為對防雷裝置情況的一般參考。如果單純依靠增加測試次數，來及時了解設備防雷接地情況，將會加大人力及經費投入。如果測試時碰巧遇到天氣情況突變，將會帶來人身安全隱患。

接地是一切電氣工程的基礎。良好的接地是設備正常運行、人身安全的重要保證。接地受土質條件、氣象條件影響極大，接地電阻會出現大幅度的波動，因此，對其進行實時監測預警十分有必要。

智能接地監測預警系統是一款將接地網接地電阻、土壤地址情況等，與接地相關的安全因素全方位監測起來，實現實時監測、報警、管理的系統。本系統適用于長期定點對接地網的監測，具有實時監測接地電阻、土壤電阻率、土壤環境溫度、土壤環境濕度、自動報警、自動分析接地電阻狀態變化等功能，實現多工作站集中管理，軟件分級監控，自動預警，操作簡單，用戶可實時了解接地網狀態，及時了解設備接地是否穩定可靠，是否存在安全隱患等。

智能接地監測預警系統對接地各項參數進行了實時監測和超標預警，促進了運行大數據化、智能化，形成了設施運行參數數據庫，方便了基礎設施管理維護，及時消除了潛在隱患，提高了設備運行水平，保證了設備及人員安全，同時為后續相關設施設備建設提供了理論參考依據。

安 東(1972- )，男，重慶忠縣人，重慶電力高等?？茖W校電力系統及其自動化專業，電力工程師，從事安全生產管理工作；

李 峰(1984- )，男，四川廣漢人，成都信息工程大學電子信息工程專業，工程師，從事安全管理工作；

陳 煒(1986- )，男，四川雙流人，成都信息工程大學電子信息工程專業，工程師，從事防雷技術研發工作；

龔 震(1978- )，男，四川廣元人，電子科技大學自動化專業，工程師，從事能源系統防雷技術研發工作.

(責任編輯：卓政昌)

成都將再建7座垃圾發電設施 2019年底“零填埋”

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