山地風電場升壓站接地系統計算研究

胡琴 王勇 楊陽 古婷婷

摘要：近年來，隨著風力發電的飛速發展，作為山地風電場的設計核心部分，升壓站接地系統設計在項目生命周期中顯得尤為重要，本文以某山地風電場升壓站接地系統設計的實際工程為例，詳細進行山地風電場升壓站接地電阻、避雷針接地、升壓站接觸電勢允許值和跨步電壓允許值的計算，并提出了合理的改善措施。

關鍵詞：山地風電場;升壓站;接地系統計算

引言

山地風電場升壓站接地系統是保證人身安全、電氣設備和過電壓保護裝置正常工作的非常重要的技術措施，它不僅為站內各種電氣設備提供一個公共的參考地，而且在系統故障時，可將故障電流迅速泄流，降低升壓站的地電位升高，以保證人身和設備的安全。隨著風力發電滲透率增加，近年來不少山地風電場由于接地電阻未達到要求、因地網腐蝕和斷裂引起接地電阻增大而導致的事故，不僅帶來巨大的經濟損失，還對人們的生產和生活造成更為嚴重的社會損失。因此，山地風電場接地網接地電阻是否符合要求與電力安全生產密切相關，接地電阻值的大小是衡量接地系統的有效性、安全性以及鑒定接地系統是否符合規程要求的重要指標。

1.計算說明

1.1綜合說明

1.1.1雷電危害

對山地風電場升壓站危害最大的雷電有：直擊雷;傳導雷;感應雷。

1.1.2接地裝置

接地裝置的人工接地極包括水平敷設的接地極和垂直敷設的接地極，水平接地極可采用圓鋼、扁鋼;垂直接地極可采用角鋼、圓鋼或鋼管。

1.1.3計算要點

因此根據雷電流特點：速度快、沖擊強、破壞大等，升壓站水平接地網增加垂直接地極主要作用為快速泄流及防止設備受沖擊，升壓站中垂直接地極的布置對整個升壓站的工頻接地電阻值的影響較小（基本可以忽略），水平接地網接地電阻主要取決于接地網面積，因此升壓站工頻接地電阻計算，根據升壓站的水平接地網計算得出。獨立避雷針的沖擊電阻計算，根據其布置的垂直接地極計算得出。

1.2工程概況

某山地風電場擬安裝42臺單機容量為2000kW風電機組，裝機容量為84MW，風電場內擬新建1座220kV升壓站，220kV升壓站最終規模按1×84MVA+1×50MVA設計，本期安裝一臺84MVA主變壓器。本風電場以1回220kV出線接至某220kV變電站，新建線路長度約13km，導線選用JL/G1A-400/50。

1.3計算目的

根據《交流電氣裝置的接地設計規范》（GB/T 50065-2011）規定，所有要求接地或接零部分的電氣設備均應可靠地接地或接零。為保證人身和設備的安全，電氣設備宜接地，將升壓站內不同用途和各種不同電壓的電氣設備接地，應使用一個總的接地裝置，接地裝置的接地電阻應滿足其中接地電阻最小的電氣設備的要求。

根據GB50057-2010《建筑物防雷設計規范》“4.1第8條，獨立接閃桿、架空接閃線或架空接閃網應設獨立的接地裝置，每一引下線的沖擊接地電阻不宜大于10Ω。”避雷針的沖擊電阻要求在10Ω以內，即可滿足運行需要。

當電氣設備發生碰殼故障，導線斷裂落地或線路絕緣擊穿而導致單相接地故障時，電流便經接地體或導線落地點呈半球形向大地散流，人觸及故障設備外殼或進入散流區域會發生接觸電壓或跨步電壓觸電，觸電傷害的結果與跨步電壓與接觸電壓的大小有直接關系。

（1）在一般情況下，根據GB/T 50065-2011《交流電氣裝置的接地設計規范》

“4.3.2第1條，人工接地網的外緣應閉合，外緣各角應做成圓弧形，圓弧形的半徑不宜小于均壓帶間距的1/2，接地網內應敷設水平均壓帶，接地網的埋設深度不宜小于0.8m”。均壓帶的距離一般為4～5m為宜。

（2）為降低接觸電壓和跨步電勢，要求水平接地體局部埋深不應小于1m（環形或成排布設水平接地體埋設于凍土層以下），并應鋪設5～8cm厚的瀝青混凝土層或不小于30cm厚的礫石層，其寬度超出接地裝置2m左右。

（3）采用“帽檐式”均壓帶，敷設兩條與接地網相連的“帽檐式”均壓帶能顯著降低接觸電壓和跨步電勢。

最大接觸電位差實際值及最大跨步電位差實際值以現場測量為準，應根據規程規范要求，采取措施降低最大接觸電位差及最大跨步電位差，使其在最大接觸電位差允許值Ut及最大跨步電位差允許值US以內，滿足風電場升壓站運行要求。

6.結束語

因山地風電場所處自然環境惡劣，為避免風電場因雷擊、短路等故障造成的損失，應重視山地風電場的接地系統設計，本文通過實際工程詳細進行山地風電場工程升壓站及風機基礎接地系統計算，并提出了積極有效的改善措施，為工程實際提供了借鑒思路及方法。

參考文獻：

[1] 《交流電氣裝置的接地設計規范》GB/T50065-2011

[2] 《電氣裝置安裝工程接地施工及驗收規范》 GB50169-2016

[3] 《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規范》GB/T5 0064-2014

[4] 《巖土工程勘察規范》（2009年版）GB50021-2001

[5] 《建筑物防雷設計規范》 GB50057-2010

[6] 《水力發電廠接地設計技術導則》 NB/T35050-2015

[7] 《電力工程電氣設計手冊（電氣一次部分）》1989.12

[8] 《水電站機電設計手冊（電氣一次）》1982.11

（作者單位：中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司）