山地風(fēng)力發(fā)電機(jī)防雷接地技術(shù)探討

邱學(xué)芮　于亮

【摘 要】隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國正在大力發(fā)展風(fēng)電建設(shè)，文章首先分析了風(fēng)電場中的接地降組，包括接地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、現(xiàn)存問題和降組方法等內(nèi)容，隨后針對風(fēng)力發(fā)電機(jī)防雷接地提出相關(guān)建議，包括掌握風(fēng)力發(fā)電場土壤狀況、科學(xué)設(shè)計(jì)接地系統(tǒng)、合理進(jìn)行降阻設(shè)計(jì)、對地網(wǎng)進(jìn)行接地電阻測試等，希望能給相關(guān)人士提供一些參考。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)力發(fā)電；防雷接地；接地系統(tǒng)

引言：隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展理念的轉(zhuǎn)變和科技的進(jìn)步，風(fēng)力發(fā)電逐漸在我國發(fā)展起來。而風(fēng)力發(fā)電場所通常是建立在山地區(qū)域，并將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)置于各種地勢突出的山脊上，容易讓風(fēng)力發(fā)電機(jī)組遭受各種雷擊事件，文章就此結(jié)合山地的特殊地形特色，分析了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的防雷接地方法。

一、風(fēng)電場接地降阻

（一）接地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

目前在風(fēng)力發(fā)電場中的風(fēng)電機(jī)組大都是圓環(huán)形狀。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在接地過程中除了能夠應(yīng)用自身鋼筋基礎(chǔ)進(jìn)行接地工作之外，還能結(jié)合其他三種輔助方法進(jìn)行接地處理，首先第一種方法是通過垂直接地體和水平接地體之間進(jìn)行組合形成新的接地體，其次是通過環(huán)形接地體進(jìn)行接地處理，最后一種方法是垂直接地體和水平環(huán)形接地體之間通過組合方式實(shí)現(xiàn)接地處理[1]。其中使用較為頻繁的一種方法是最后一種方法，由于和方形地王相比，周長相等的圓環(huán)形地網(wǎng)在流入同等雷電的條件下，圓環(huán)形地網(wǎng)接地電阻與方形地網(wǎng)相比要小一些，此外，圓環(huán)形地網(wǎng)雷電流入?yún)^(qū)域的跨步電壓分布和方形地網(wǎng)相比要小一些。

（二）現(xiàn)存問題和降阻方法

結(jié)合不同減小接地電阻方法分析其中的現(xiàn)存問題，首先是深埋接地方式，大部分風(fēng)力發(fā)電場中都是使用圓鋼或是角鋼等材料垂直打入大地進(jìn)行接地處理，從而在最大程度上降低接地電阻，同時打進(jìn)地底的數(shù)量也比較大。這一方法在應(yīng)用過程中還存在一定的局限性。大部分風(fēng)力發(fā)電場所選的設(shè)置區(qū)域中的土壤表層厚度大概都在二十到三十厘米左右，土壤下方是由各類巖石構(gòu)成的，其中土壤含有較高的電阻率。通過對大部分風(fēng)力發(fā)電場地進(jìn)行勘查發(fā)現(xiàn)，部分風(fēng)力發(fā)電機(jī)組下方區(qū)域存在小型的空腔洞穴等問題，同時土壤結(jié)構(gòu)大都為水平分層多層結(jié)構(gòu)，將地極垂直打入地下，隨著深度的增加，反而越無法達(dá)到理想效果，同時還會導(dǎo)致材料費(fèi)用和施工成本的不斷增加。

其次是使用大量的水平接地極，水平接地極應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電場中擁有較為明顯的降低電阻效果，主要原因是大部分區(qū)域中的土壤電阻率并不會隨著土層深度的增加而產(chǎn)生變化。但是大部分施工方通常只看重使用大量的水平接地極，也就是通過射線輻射的方法，以風(fēng)機(jī)為核心，不斷向四周進(jìn)行輻射。由于雷電流中含有多種頻率成分，其內(nèi)部等效頻率也高出工頻很多，對于各種小尺寸接地體來說，當(dāng)雷電電流均經(jīng)過接地體的時候，不需要思考波過程的問題以及電容電感所產(chǎn)生的影響。但在風(fēng)力發(fā)電場中的水平射線接地體，應(yīng)該充分結(jié)合電感影響，也就是說并不是水平接地體擁有越長的長度就是越好的，大部分風(fēng)力發(fā)電場在設(shè)計(jì)過程中并沒有涉及到這一點(diǎn)問題，同時還沒有考慮到項(xiàng)目區(qū)域中的雷電特征。雷電流在不同質(zhì)和同土壤中開始散流時，所走的方向不同，為此應(yīng)該結(jié)合土壤特性進(jìn)行考慮。

二、風(fēng)力發(fā)電機(jī)防雷接地建議

（一）掌握風(fēng)力發(fā)電場土壤狀況

因?yàn)槲覈壳霸陲L(fēng)力發(fā)電場雷電防護(hù)方面還沒有推出具體的規(guī)范條例，同時我國風(fēng)電項(xiàng)目也一直處于一種持續(xù)增長的狀態(tài)，不同風(fēng)電場中擁有不同的雷電防護(hù)措施。風(fēng)力發(fā)電場中風(fēng)電機(jī)組的防雷問題其實(shí)也是防雷接地方面的問題，文章就此針對山地條件下的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組防雷接地降阻提出下面幾項(xiàng)建議。

首先在應(yīng)用降阻劑之前，應(yīng)該全面掌握風(fēng)力發(fā)電場中的土壤狀況，包括土壤濕度、酸堿度和土壤電阻率等因素。土壤酸堿度對于降組模塊和降阻劑的應(yīng)用效果具有較大影響，因此在使用降阻模塊和降阻劑的過程中，應(yīng)該嚴(yán)格遵守因地制宜的原則，避免盲目使用降阻劑的問題，必然就會產(chǎn)生相反的后果，一旦更改工程，就會帶來巨大費(fèi)用。

（二）科學(xué)設(shè)計(jì)接地系統(tǒng)

在設(shè)計(jì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組接地系統(tǒng)時，使用水平接地極的垂直接地極應(yīng)該充分結(jié)合風(fēng)力發(fā)電場現(xiàn)有土壤結(jié)構(gòu)。水平接地極和垂直接地極以及土壤電阻率之間隨著土壤深度的變化而發(fā)生改變，為此建議在明確土壤電阻率相關(guān)數(shù)據(jù)信息后，可以通過相關(guān)接地分析軟件，解釋土壤結(jié)構(gòu)，比如通過CDEGS軟件包來解釋土壤結(jié)構(gòu)等?？偠灾窃诹私馐褂迷瓌t的基礎(chǔ)上進(jìn)行，不然不但發(fā)揮不出良好的降阻效果，同時還會造成材料的浪費(fèi)。

（三）合理進(jìn)行降阻設(shè)計(jì)

進(jìn)行降阻設(shè)計(jì)過程中，可以充分結(jié)合項(xiàng)目區(qū)域中的相關(guān)閃電資料信息，比如以風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為核心，掌握三千米或是一千米范圍之內(nèi)的閃電強(qiáng)度和密度。地閃強(qiáng)度還和接地極沖擊特點(diǎn)之間具有密切的聯(lián)系，尤其是水平接地極整體長度，總而言之，在設(shè)計(jì)接地方案的過程中，應(yīng)該避免孤立，需要全面結(jié)合相關(guān)氣象信息進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。

（四）對地網(wǎng)進(jìn)行接地電阻測試

最后在初步建成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組地網(wǎng)后，建議對地網(wǎng)進(jìn)行接地電阻測試，嚴(yán)格遵守國家標(biāo)準(zhǔn)和電力行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的電阻測試方法實(shí)施。在測試結(jié)果滿足設(shè)計(jì)值要求的條件下，完成裝機(jī)工作和地面平整工作，不然就需要對各種接地要點(diǎn)進(jìn)行排查，及時找出其中的潛在問題，避免工程日后再次進(jìn)行整改。施工工藝是貫穿于整個施工環(huán)節(jié)的問題，想要將接地電阻從原來的幾十歐姆減少到幾歐姆容易，但是在結(jié)束施工后，想要再次降低一兩歐姆將會變得十分困難，帶來巨大經(jīng)濟(jì)損失[2]。

結(jié)語：綜上所述，在設(shè)計(jì)山地區(qū)域的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組防雷接地任務(wù)時，應(yīng)該充分結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際閃電信息、土壤結(jié)構(gòu)和土壤狀況，不能一味通過傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)接地方案，應(yīng)該堅(jiān)持因地制宜的設(shè)計(jì)原則。部分山地土壤能夠腐蝕降組模塊和降阻劑，因此針對這一狀況應(yīng)該積極選擇高效、可靠的降阻劑，并對現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行全面勘查，結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件和土壤特點(diǎn)科學(xué)使用降阻劑，提高整體效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]曾勇.貴州山地風(fēng)力發(fā)電機(jī)防雷接地技術(shù)研究[C].中國氣象學(xué)會：中國氣象學(xué)會，2017：7.

[2]吳仕軍，吳安坤.貴州山地風(fēng)力發(fā)電機(jī)防雷接地技術(shù)研究[J].可再生能源，2016，34（06）：889-893.

（作者單位：華能云南富源風(fēng)電有限責(zé)任公司）