提高大石山區風電機組防雷接地可靠性

袁福優 馬博濤

摘要：通過外引接地方式，降低接地電阻值，提高風電機組防雷接地可靠性。

關鍵詞：風機基礎;電阻率;外延地網;接地電阻

隨著國家綠色的發展理念，清潔能源在整個能源占比逐步擴大。風電作為清潔能源領域重要的組成部分，其安全、可靠、穩定運行直接關系國家整個能源布局、調控，對風電所并入的電網運行安全也至關重要。由于風電機組安裝自然環境、風機安裝高度的特殊性，造成風機運行最大的安全隱患是雷擊，因此防雷接地的好壞直接確定機組運行狀態。大石山區風力大，風能發展潛力巨大，但其石頭多，土壤少的特性，加大了防雷接地系統施工的難度，成為阻礙大石山區風力發電的發展腳步。重慶市奉節縣金鳳山風電工程對大石山區風電機組防雷接地問題做以分析提供解決思路。下面以37#風機為例，詮釋解決方案。

經技術人員現場檢測（自檢），37#風機基礎及內圈接地電阻值分別為：18.4Ω，考慮現場檢測時下雨，土地比較濕潤接地電阻偏小有不真實情況，本方案設計將檢測的各個風機基礎接地電阻值，放大至5倍。

即：37#、31#風機基礎及內圈接地電阻值分別為：92Ω。

1、37#風機基礎接地方案

原37#風機土壤電阻率為：3500Ω.m，考慮巖石比較多要求回填采用黃土回填，本方案設計現有的土壤電阻率在原基礎上降低至0.52倍。

即：37#風機土壤電阻率為：1850Ω.m。

新增地網采用：60*6熱鍍鋅扁鋼做為水平接地極、50*5*1500熱鍍鋅角鋼及人工離子接地極作為垂直接地極組成。各接地極之間采用焊接進行連接，焊接處需做防銹處理。

1）在環形地網外側敷設外引地網，外引地網總長度為550米，材料為60*6熱鍍鋅扁鋼。

外引地網水平接地體的接地電阻計算如下：

Rs=ρ/2πL * Ln KL2/dt

式中：

ρy── 原地層的電阻率1850Ω.m

lc── 水平接地體長度550米

d──? ?水平接地體的等效直徑：0.03m

t──接地體埋深0.8

K──土壤利用系數1

計算得出：水平接地體的接地電阻測量值為8.61Ω

2）外延地網上埋設垂直接地體，材料為L50*5*1500熱鍍鋅角鋼，共30根

A）單根垂直接地體的接地電阻按下式計算如下：

Rc=ρy/2πlc （ Ln 4Lc/d） = 958.66Ω

式中：ρy：原地層的電阻率1850Ω.m

lc：垂直接地體的長度1.5米

d：垂直接地體的等效直徑：0.042m

B）30根垂直接地體并聯接地電阻：

R1= Rc / nη =35.51Ω

式中：

Rc為單根垂直接地體的電阻值

n 為接地體的根數 30

η 為多根接地體共用時的利用系數 取0.9

3）38根直徑50長度為1米的離子接地極的接地電阻值

A）現計算單支離子接地極的接地電阻：

R2=ρ/2πl （ Ln 8l/D-1）K=354.31Ω

R2：單支離子接地體的接地電阻? （Ω）

ρ：土壤電阻率1850Ω.m

K：土壤調節系數0.30

d：離子接地極的等效直徑：0.05

L：離子接地極長度1米

B） .38根離子接地體的接地電阻：

R3= Rc / nη =10.36Ω

R3：38根子接地極并聯接地電阻

R2：單支離子接地極的接地電阻（Ω）

n：多支離子接地極數目38

η：多支離子接地體利用系數? （取0.9）

4） 外延地網水平接地體、垂直接地極、離子接地極與原風機基礎及內圈地網并聯后的接地電阻計算如下：

R=1/ （1/R+1/R1+1/R2+1/92）=3.97≤4.0Ω? ?（符合設計要求）

5）在箱變周圍用60*6的熱鍍鋅扁鋼圍一圈，并與風機地網相連（不小于兩個連接點，長度不小于15米）

37#風機地網工程材料清單：

水平接地體? ? ?60*6熱鍍鋅扁鋼? ? ? ? ? ?550米

垂直接地體? ? ?50*5*1500熱鍍鋅角鋼? ? ? ?30根

離子接地極? ? ?LBD-LJD50/1000? ? ? ? ? ? ?38根

2、地網施工工藝

1）接地體的埋設深度其頂部不應小于0.8m。

2）接地體（線）的連接應采用焊接，焊接處焊縫應飽滿并有足夠的機械強度，不得有夾渣、咬肉、裂紋、虛焊、氣孔等缺陷，焊接處的藥皮敲凈后，刷瀝青做防腐處理。

3）采用搭接焊時，其焊接長度如下：鍍鋅扁鋼不小于其寬度的2倍，三面施焊。（當扁鋼寬度不同時，搭接長度以寬的為準）。敷設前扁鋼需調直，煨彎不得過死，直線段上不應有明顯彎曲，并應立放且焊接處距角鋼頂端不小于300mm。

4）所有金屬部件應鍍鋅，操作時，注意保護鍍鋅層，如有劃傷、破損需刷補防銹漆或瀝青漆。

5）垂直接地體的加工：材料采用鍍鋅角鋼切割，長度不應小于1.5m。選用角鋼，采用50mm×50mm×5mm的角鋼，角鋼的一端應加工成尖頭形狀。

6）熱鍍鋅角鋼及人工離子接地極均采用垂直敷設。

7）垂直接地體的間距應大于其自身長度的2倍，即不應小于3m。

8）接地體間的扁鋼敷設：扁鋼敷設前應調直，然后將扁鋼放置于溝內，依次將扁鋼與垂直接地體用電焊（氣焊）焊接。扁鋼應側放而不可放平，側放時散流電阻較小。扁鋼與垂直接地體連接的位置距接地體最高點約100mm。焊接時應將扁鋼拉直，焊好后清除藥皮，刷瀝青做防腐處理，并將接地線引出至需要位置，留有足夠的連接長度，以待使用。

9）核驗接地體（線）：接地體連接完畢后，應及時請質檢部門進行隱檢、接地體材質、位置、焊接質量，接地體（線）的截面規格等均應符合設計及施工驗收規范要求，經檢驗合格后方可進行回填，分層夯實。最后，將接地電阻搖測數值填寫在隱檢記錄上。

10）刷防腐油漆距焊接點兩邊間距不小于10CM長

11）回填土內不得夾有石塊和建筑垃圾，處取的土壤不得有較強的腐蝕性，回填土應分層夯實。

12）本解決方案中風機及箱變接地網采取網格狀，接地網形成一個閉合的回路降阻效果好能更好更快的泄放雷電流。

參考文獻：

[1]《風力發電機組的安裝與調試》 葉云洋? ?陳文明? 化工工業出版社? ?2014.8.

（作者單位：黑龍江能源建設有限公司 ）