淺談風電場接地網存在的問題及降低接地電阻的措施

張健

【摘 要】對于風力發電廠來說，接地系統是其必不可少的技術保證措施。接地系統工程的質量好壞，直接影響到人身和設備的運行安全。本文首先介紹了接地系統在風電廠建設工程中的重要性，簡要介紹了風力發電廠接地系統的構成，然后通過勘測設計、自然條件及施工質量三個因素對接地網系統阻值偏高的原因進行了分析，根據風場接地網電阻偏高提出了敷設水平外延接地網、深埋垂直接地極、利用降阻劑、利用電解離子接地模塊、利用陽極保護等方案，總而言之，接地網工程是風電建設重要的一環，通過有效的技術措施和管理措施保證風電場接地網接地電阻達到設計規范要求，最終實現風電廠接地系統的安全可靠，保障設備及人身安全。

【關鍵詞】風力發電機組;接地電阻;土壤電阻率;接地體;降阻措施;

引言

風電場接地網作為風電建設工程中重要的一環，其作用是無法代替的，良好的接地系統保障了風電場設備的安全運行，是風電場建設重要的考核項。接地電阻作為反映接地網系統好壞的重要指標，切實了解風電廠接地系統存在的問題及掌握降低接地電阻的措施很有利于風電場的工程建設質量。

1.風電場接地網的重要性

近些年來，伴隨著國內風電場建設數量的不斷增多，風電場接地問題造成的安全事故屢見不鮮。以一個2MW風機為例，如果其接地網出現問題，發生雷擊事件時風機葉片頂端的接閃器無法順利通過接地裝置將雷電引入大地，將會直接損壞葉片，而由于設備的損壞使風電場發電機組停止運行，每天電量將損失約為4萬度，間接損失多達幾萬元;如果是在50MW的風電廠升壓站內，因為雷擊到電氣設備無法通過合格的接地網傳入大地，將每天損失幾十萬度電，經濟損失上百萬。由此可以看出，完好的接地網不僅可以保障風電機組、電氣設備的完好及其周圍人員的人身安全，還能避免因接地問題帶來的經濟損失。

2.風電場防雷接地系統

風電場接地系統主要包含風機及箱變接地網系統、集電線路防雷接地系統、風電場升壓站防雷接地系統三個接地系統。

2.1風機及箱變接地網系統

風機及箱變接地網主要包括風機基礎的接地網及箱變基礎的接地網，其整體構成了一個風力發電機組的接地網系統。由于風電建設的高速發展，大機型、大容量的風力發電機組盛行，陸地風電塔筒已達到90～100米高度，葉片長度已達到將近50米，在風機運轉時，葉片頂端的接閃器最高達到了130米多，現如今雷擊造成的葉片損壞屢見不鮮，所以風電場建設中風力發電機組的接地網需要嚴控接地質量保證接地電阻值，一般風機接地網接地電阻≤4Ω。

2.2風電場集電線路防雷接地系統

風電場集電線路主要是用于對風力發電機組發出的電輸送到風電場升壓站內。如果集電線路采用的是架空線路，長距離輸電對于集電線路鐵塔的接地有明確的設計要求，每個鐵塔有獨立的接地系統，每個桿塔的接地電阻應符合DL/T621-1997《交流電氣裝置的接地》的要求，一般土壤電阻率≤4Ω.m時，該桿塔的接地電阻應當不超過10Ω。

2.3風電場升壓站防雷接地系統

升壓站是風電場向電網輸送電能重要門戶，升壓站接地網主要有：主變壓器、GIS室、SVG室、35KV配電室、繼電保護室、中央控制室組成。在進行升壓站防雷接地系統設計的時候，應當符合規定的設計規范，其阻值一般不超過4Ω。

3.風電場接地網電阻偏高原因

3.1勘探設計方面

陸地風力發電機組一般位于山區，當地質為多巖石的環境時，設計人員如果僅僅根據報告套用一些現成的圖紙或典型設計而沒有完全實地考察，很容易造成實際與理論不符的現象，最終導致后期施工時接地電阻偏高。

3.2自然條件方面

3.2.1地質因素

當陸地風電位于巖石或礦石區，復雜地質環境下各層土壤的電阻率差異較大，如果不用專業的測試儀器并綜合考慮復雜分層的地質環境，很容易得出錯誤的土壤電阻率，造成接地網的設計偏差，最終使接地電阻偏高。

3.2.2環境因素

自然環境可能對接地網產生很大的影響，多雨天氣時，雨水層層滲透會減小土壤電阻率，同時長期的冰凍天氣會造成土壤結冰增大土壤電阻率，這些都是在設計接地網時需要考慮的因素。

3.3施工方面

接地網施工直接影響到接地系統的質量，最終導致接地電阻偏高，具體可以分為以下幾個問題：

（1）未按圖紙施工。施工單位可能未完全按照圖紙施工，比如未按照設計要求選用接地材料，少安裝垂直接地體，環形接地網的圈數不夠或者環網過近，回填土未按設計要求進行細土分層夯實，均無法實現設計要求，造成最終的接地電阻偏大。

（2）施工質量不合格。某些施工單位為了節約成本故意在施工質量上打折扣，比如扁鋼的搭接面積不夠，接地未防腐，接地焊接不合格，水平接地體的深度未達到0.7米，垂直接地體的埋設深度未達到2.5米，接地網的長度不夠，都會影響接地質量，增大接地電阻阻值。

（3）錯誤使用降阻劑。如采用灌水、木炭或食鹽降阻，短期內可能收到效果，但這些降阻劑會隨著時間自然流失，同時這些降阻劑還可能腐蝕接地體，縮短接地體的使用壽命，最終增大接地電阻。

4.降低接地電阻的方法

4.1敷設水平外延接地網

陸上風力發電機組如果地處巖石區，風機的主接地網埋設于巖石地質中，接地電阻會很大，可以考慮將主接地網外引到機組附近土壤率低的地質環境中，通過在土壤率低的地質環境增設輔助接地網，可以有效降低主接地電阻，同時施工費用低，不失為一種可行的施工方案。

4.2深埋垂直接地極

陸上風電地處山區，山區的地質分層土壤電阻率可能不同，風機的接地網埋設于巖石地質中，接地電阻會很大，可以考慮將垂直接地極深埋，在下層土壤電阻率較低的情況能有效降低接地網的接地電阻。

4.3利用降阻劑

降阻劑主要作用是降低與地網接觸的局部土壤電阻率，采用符合環保要求的降阻劑是一種很好的降低接地電阻的方案。比如化學降阻劑是由幾種物質配制而成，具有良好的導電性能、強電解質和水分^[1]。這些強電解質和水分被網狀膠體所包圍，網狀膠體的空格又被部分水解的膠體所填充，使它不致于隨地下水和雨水流失，能長期保持良好的導電作用。

4.4利用電解離子接地模塊

電解離子接地模塊是采用先進的陶瓷復合材料、合金電極、中性離子化合物組成，可以確保提供穩定可靠的接地保護^[2]。電解離子接地模塊的主體是銅合金管，能夠確保較高的導電性能及較長的使用壽命，其內部含有特制的、無毒的電解離子化合物，能夠吸收空氣中的水分，通過潮解作用，將活性電解離子有效釋放到周圍土壤中，正是因為電解離子接地模塊不斷的自動釋放活性電解離子使得周圍土壤的導電性能可以始終保持在較高水平，于是故障電流能順暢的擴散到周圍的土壤中，從而充分發揮接地系統的保護作用。

4.5 利用陰極保護

接地網系統由于采用鋼制材料，在土壤中會很快的被腐蝕完畢，給風力發電場安全生產帶來很大威脅。采用加大腐蝕余量和熱鍍鋅保護性涂層的辦法，由于鍍鋅層的缺陷和鍍鋅量的限制以及接地網排流的作用，陰極保護是針對金屬電化學腐蝕而采用的最為有效的保護方法，陰極保護可以彌補涂層的不足。目前陰極保護比較流行的方案是采用犧牲陽極法^[3]。陰極保護設備和附件的電氣壽命為≥20年，保護期間接地電阻不因腐蝕而增加。

結語

總而言之，通過有效的技術措施和管理措施保證風電場接地網接地電阻達到設計規范要求，保障設備及人身安全，這將是整個風電建設工程中重要的一環。

（作者單位：中廣核新能源投資（深圳）有限公司湖北分公司）