風電場防雷接地系統相關技術

黃星月

摘 要 風能作為重要的清潔型能源，是應對當前能源危機的重要舉措。如今隨著我國社會經濟的發展，對于電的消耗與日俱增。風力發電技術的應用有效的緩解了電力超載使用的壓力。隨著風能的使用日益增長，以及科學技術的發展，在面對雷電風險時，尤其是容易出現異常的部分，要格外注意和留心。因此，研究風電場防雷接地系統相關技術是十分必要的。

關鍵詞 風電場 防雷接地 風電機組

中圖分類號：TM8 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）10-0063-02

在經濟不斷地發展過程中，風力發電成為人們十分需要的一種能源。對于電力系統來說，不僅需要進行維護與調整，還需要應用智能化管理方式進行操縱。利用先進技術對一些自然災害，如雷電進行預防，確保電力工程設備的整體安全運行，并對構成威脅的事件進行正確處理。

1 風電場防雷接地系統現狀

隨著我國環保事業的發展，越來越多的人開始關注清潔能源，而風力發電設備就是較為引人注目的成果之一。對于風力發電來說，時常會出現一些隱患，十分不利于電力系統的發展與穩定。一些自然災害會對風電系統造成危害，有效對這些問題進行監督與管理，對于防雷接地系統的應用逐漸提上日常。可以通過智能化實現對發電網絡的間歇性、直接性控制，將會大幅度提升網絡的安全性，不會將因為天氣檢測的失誤而造成危害。目前而言，我國風電機組的防雷設備多設置在一些自然災害頻發的地區，防止雷電設備的應用也多設置在這些地方。在風力資源過剩的地區，風電場的規模和風電機組的單機都會對風電發電量造成影響。因此要對暴露在外部的設備進行防雷保護，對于可遭到直擊雷雷擊部分進行疏導，防止其遭到破壞。對于防雷接地系統也要因地制宜，根據風電機組自身結構和特點加上當地的環境進行合理的設置。全方面、多方位地闡述風力發電機防雷接地系統的使用，便于進行科學化的布局。

對于風電場防雷接地系統材料的選擇一定要因地制宜。環境對于施工來說也是極為重要的，在施工過程中，如果不能及時考慮環境因素，也會引發一系列的問題。降雨量、熱脹冷縮、晝夜溫差效應等都會影響防雷設備的效果。在溫差較大的環境下，冷熱交替明顯，對于防雷接地材料本身就是一種損害，其結構可能會發生改變，所以要加以解決，降低問題的出現頻率。[1]

2 風電場防雷接地系統

2.1 雷電的原理

雷電是伴有閃電和雷鳴的一種自然現象，它一般產生于積雨云中，由于云雨交加使云中產生電荷。這種電荷比較復雜，一般以云上為正，云下為負，形成一個電差，就會引發雷電的發生。電流也會有高有低，平均電流是3萬安培，最大電流可達30萬安培，電壓約為1億～10億伏特。這樣的雷電會在云層中產生，能對建筑物造成危害。對于風電場來說，風力發電機組都是安裝在野外廣闊的平原地區或半山地丘陵地帶或沿海地區。在現場中為了能保障風力發電的正常運行其設備一般都會設定到一定的高度，有的設備還會有百米之高，這樣一來就很容易在雷電天氣中造成事故。一些風機為了減少阻力其內部設置結構都是非常的緊湊嚴謹，其中不管是葉片還是機艙等敏感位置遭受到雷擊，都有可能受到機艙的高電位反擊。在生活中，雷擊事故常有發生，比如說在空曠地區的一些高置物體在雷擊天氣中，就算做到很好的防護也有可能受到雷擊，雷擊事故有時候是不好控制的。所以要想做好風力發電的防雷，工作人員不應該一味的去研究如何減少雷擊事故的發生，而是應該著重地去研究當風機受到雷擊的時候怎樣能迅速的將雷電流引入大地，做出合理的方案，盡可能的減少對設備的傷害，從而保障人員的安全，使損失降低到最小的程度。一般情況下，多雷區相關數據為：地閃密度超過2.78次/（km2·a）但不超過7.98次/（km2·a）或平均年雷暴日超過40d但不超過90d的地區。

2.2 風電場防雷接地系原理

雷電會直接影響到風電機組的正常運行，根據國家標準規定，風電機組的接地電阻要按規定設計其接地網。在現在的風力發電中，風電場風機的接地網多為環形水平接地網，這樣能更好的適應風機。

在水平接地網上加垂直接地極。由于不同工程的地質條件不同，各個風機布機處的土壤電阻率也大不相同，低的為幾十Ω，高的達到幾千Ω。因此風機的接地電阻差別很大，所達到的效果也不相同。風機所在位置的土壤電阻率較低，用較小的接地網就可以做到接地電阻小于4Ω，工作接地和防雷接地的接地電阻都可以滿足條件。風機所在位置的土壤電阻率較高，單臺機組接地網的接地電阻可以滿足小于10Ω，但不能滿足接地電阻小于4Ω的要求。

2.3 主要系統構成

風電場防雷接地系統主要包括風機基礎和箱變配電設備接地系統設計、風電場升壓站防雷接地系統設計、風電場集電線路防雷接地系統設計。風機基礎和箱變配電設備接地系統設計是根據具體的地理位置進行估算，以雷擊自然災害發生的頻率等作為參考，可以防雷、保護接地、工作接地等。要求人工接地網的厚度不小于4mm，寬度不小于60mm，地下深度不少于80cm。

風場內所有的風機機位的接地都要符合要求。風電場升壓站防雷接地系統設計，要遵循一下操作，地基設備與自然條件相互為基礎，以人工接地體為補充，形成一個環體，利用導電系統進行電流的疏導。采用統一接地網，從一點到另一點，即一點接地的方式接地。[2]

3 風電場防雷接地系統相關技術應用

3.1 風電場防雷接地離不開系統的穩定

對于使用壽命、系統穩定等問題，必須依靠設備自身來解決。要從設計、制造和改善領域進行探索，找到技術漏洞及時進行填補。作為防雷接地系統來說，難度會隨著實踐的應用而加大，對于設備要進行不斷的修正與探索，對于結構復雜的路線、耗能較大的設備要及時進行更換。改變地線保護角度桿塔采用單地線且地線保護角度在25時，可通過對桿進行載荷計算，在鐵塔端設置雙地線的技術方案，雙地線保護角不宜大于10°。在策略上進行能量的轉換與改善，在控制層面上實現更為精準的控制，以應對可能發生的潛在危險。對于可控電抗來說，進行自我診斷與檢修時十分重要的，一個良好的、健康的系統應該可以診斷出存在的問題，并及時進行修補與提示。防雷接地同樣需要進行技術上的突破與完善，尤其是接觸材料的選擇，要針對不同的情況，選擇不同的材質。充分考慮電流對于接觸地方的侵蝕作用，較少不必要的運行損耗，以保障其壽命的增加。設備的創新一定要得到重視，許多新的研發要及時投入到使用當中，不斷改革傳統防雷接地系統的弊端與不足，杜絕出現傳統設備運行中的問題，有問題時要及時進行糾正。

3.2 改變電阻率

所謂電阻，就是指雷電在產生巨大危險的時候，導電設備將電流倒入大地，直接向遠處擴散所遇到的電阻。接地電阻直接影響到風力發電設備的好壞，并關系到雷電能否安全通過。因此首先應該最大限度地降低接地裝置中的接地電阻，土填電阻率是影響接地電阻的一大因素。要想降低電阻，就要想辦法降低土填電阻率。還要了解地區降雨量、土壤溫度等，這些方面的地理環境等因素會對電阻率造成影響。由于降雨量影響濕度，這方面很難控制，我們只能從改造土特性來影響土填電阻率。當前要通過使用降阻劑造成一定的改變，使得土壤的性質發生變化，進而達到想要的效果。風機所在位置的土壤電阻率有高有低，當電阻率較低的時候要想使接地電阻小于4Ω，只要用小小的接地網就可以做到。如果當風機所在位置的土壤電阻率較高的時候，就很難做到接地電阻小于4Ω，但是可以做到單臺機組接地網的接地電阻小于10Ω。在山區如果想要做到接地電阻小于4Ω，在設置接地網的時候可以利用山區的有利位置比如說山腳下或者半山腰土壤電阻率低的位置，設置到這樣較低的位置然后與風機接地網連接，這樣一來，就做到接地電阻小于4Ω。[3]

3.3 還要采用先進的連接工藝

由于防雷接地系統中，容易受到物理、化學物質的腐蝕，如暴露于空氣中、雨水中、地下污染物的風力發電機設備，會受到不同程度的腐蝕，影響防雷效果。接頭更是成為最易受到腐蝕的地方，所以要加大在先進的連接工藝的投入，保證接頭受到較少腐蝕，維護設備的安全。傳統的連接工藝主要是電焊，但會由于高溫的影響發生質變，所以要適當涂抹防腐涂層對表面進行維護。增加的避雷器應根據當地預期最大首次雷擊電流計算結果進行選型，如無相應數據應按照GB/T33629第6章第62條表1中規定的首次擊電流計算。另外，避雷器安裝的間距不應小400米，在海拔1000米以上及存在線路覆冰的環境下不宜使用多腔防裝置，增加針在桿塔檔距超過300米，兩級高差超過100米的檔段鐵塔安裝避雷針，磁針保護角度可參照折線法進行計算。

4 結語

隨著我國環保事業的發展，越來越多的人開始關注清潔能源，而風力發電設備就是較為引人注目的成果之一。對于風電場防雷接地系統來說，其運行的穩定與否十分重要。一方面要及時發現防雷接地系統故障，分析出故障的原因，對于故障位置進行有效處理。另一方面采用技術避免和減少重大事故的發生，使得風力發電更加安全，不斷造福人民群眾，為生產與生活帶來穩定的電力，推動全行業的高質量的發展。

參考文獻：

[1] 岳偉，白友清，李磊.風電場防雷接地系統相關技術[J].電力設備理，2021（07）：66-67.

[2] 蘇繼森.風電機組的防雷接地研究及其在乳源大布風電場中的應用[D].長沙：長沙理工大學，2020.

[3] 費少鋒.風電場集電線路桿塔雷擊原因和防雷接地優化保護措施[J].建材與裝飾，2016（34）：156-157.