高山風化石土壤防雷接地降阻工程技術探討

摘" 要：高山風電場的防雷接地在高電阻率風化石土壤環境中面臨著挑戰。為有效降低接地電阻，研究采用了人工接地網結構優化、深井接地法及接地體末端分支優化技術。通過高密度網格布置和耐腐蝕材料的使用，優化接地網設計；深井接地法將接地體延伸至更具導電性的深層土壤，以改善電流散流效果；末端分支優化則增加了電流路徑，有效分散雷電流。這些方法明顯降低接地電阻，使接地系統在高山風電場中實現穩定運行，并在多次雷擊條件下保持良好表現。

關鍵詞：高山風電場 "防雷接地 "降阻技術 "深井接地 "末端分支優化[A2]

中圖分類號：TM862

Exploration of Lightning Protection， Grounding and Resistance Reduction Engineering Technology for High Mountain Weathered Stone Soil

XU Wei¹ "LI Qing^2* "HUANG Qiang^2* "HE Xin¹ "TANG Wenting¹ "FAN Zhongzhi³ "HU Ruijun³

1. Haixi Prefecture Meteorological Bureau， Qinghai Province， Haixi， Qinghai Province， 817000 China; 2. Guangdong Astronomical andTianwen Meteorological Technology Service Co.， Ltd.， Guangzhou， Guangdong Province， 510640 China;3. Guangdong nbsp;Provincial Climate Center， Guangzhou， Guangdong Province， 510640 China

Abstract： The lightning protection grounding of Mountain wind farm faces challenges in high resistivity weathered stone soil environment. To effectively reduce grounding resistance， research has adopted artificial grounding grid structure optimization， deep well grounding method， and grounding body end branch optimization technology. It oOptimizes grounding grid design through high-density grid layout and the use of corrosion-resistant materials; The deep well grounding method extends the grounding body to more conductive deep soil to improve the current dissipation effect; The optimization of the end branch increases the current path and effectively disperses the lightning current. These methods significantly reduceBy using the above methods， the grounding resistance is significantly reduced， enabling the grounding system to operate stably in high mountain-altitude wind farms and maintain good performance under multiple lightning strikes.

Key Wwords： Mountain wWind fFarm; Lightning protection grounding; Resistance reduction technology; Deep well grounding; End branch optimization

閃電是一種全球性的自然現象，具有高電流和高電壓等特性。隨著電子信息系統的廣泛應用，雷電的危害性日益凸顯。接地系統的性能對于綜合防雷技術來說是至關重要環節，決定了雷擊后雷電流可靠泄流。由于高山風電場通常處于地勢較高的區域，雷擊概率增大，對接地系統提出了更高要求。然而，高山地區土壤電阻率偏高，使雷電流在接地系統中的分散受限，導致接地電阻難以滿足規范需求，增加了降阻工程的難度^[1]。與此同時，現代風電場中精密設備的廣泛應用使其對電磁環境高度敏感，雷擊易引發設備損害和電氣故障。高電阻率土壤環境下，如何有效降低接地電阻已成為風電場防雷接地設計的關鍵技術難題。改進接地系統、保障雷電流順利泄流，是風電場安全穩定運行的必要條件。

1" 高山風電場防雷接地工程現狀

1.1 "高山風化石土壤的特點

高山風化石土壤通常電阻率高，導電性能較低，并且結構相對緊密。這些特征使接地工程面臨明顯挑戰，導致常規接地措施難以有效降低電阻。

1.2 "高山風電場的雷擊風險評估

高山風電場常處于雷擊頻發的區域，尤其是沿海及高寒高山地帶的風電場，其雷電活動頻繁且強度較大。雷電流的高壓特性會對風電設備，尤其是升壓站等關鍵設施帶來嚴重威脅，可能導致設備損壞、控制系統失效，甚至引發停運事故。雷擊對接地系統的沖擊容易導致設備損傷或安全故障。因而，如何在高山風電場內有效應對雷電風險，是確保風電場安全運行的重要課題^[2]。

2" 高山風電場接地降阻的技術挑戰

2.1 "土壤電阻率對接地效果的影響

在高電阻率土壤條件下，接地系統的導電效果受到明顯影響。高電阻率的土壤通常導電性差，原因在于其低孔隙率、低水分含量、鹽分含量較低等因素。此外，土壤中鹽分含量也直接影響電阻率，高鹽分含量可以增強導電性，然而，山地土壤往往鹽分含量較少，進一步增加了接地難度^[3]。在這種復雜土壤中，測量電阻率的準確性和設備選擇也變得尤為重要。

2.2 "降阻技術的適用性與局限性

降阻劑的應用是改善高電阻率土壤接地效果的常用手段。化學性降阻劑通過改變土壤的化學性質來增加導電性，而物理性降阻劑則主要通過增加土壤接觸面積來實現。高山土壤水分保持差、降水沖刷強烈，導致化學降阻劑的成分易被流失，從而削弱降阻效果。外引接地法則是一種通過將接地體延伸至低電阻率土壤區域的技術方法，常用于具備距離條件的地區。在高山風電場，距離條件和土壤特性往往限制了外引接地法的有效實施。外引接地需要較大的施工空間，在土壤電阻率變化劇烈的高山環境中難以確保降阻效果。

3" 高山風電場防雷接地工程降阻技術

3.1 "人工接地網結構設計與優化

3.1.1 "網格結構和材料選擇

在高山風電場的接地網設計中，土壤電阻率、土質結構復雜性與地形的多樣性對接地網的布置方案十分重要。某沿海高山風電場地處丘陵山地，地表大面積基巖裸露，土壤電阻率高達4 000 Ω·m。高密度的網格結構布局，將網格間距設計得更小更密集，以此提升接地電流的分散效率。在關鍵連接位置增加了額外的節點焊接增強穩定性，確保結構穩定固性同時保證電流在不同網格間均勻流通，有效降低了局部電阻^[4]。接地材料采用鍍鋅鋼材，能夠在酸性較高的山地環境中長期保持導電性能。

3.1.2 "降阻裝置和接地體組合應用

在高阻率區域應用物理降阻劑以改善區域的導電性，增強接地性能。在接地體基底和周圍土層填充降阻劑，局部土壤電阻率可以降低約30%，明顯提升接地系統性能。采用了垂直接地體和水平接地體的組合方式來提高電流散流效率。垂直接地體被埋入基巖的裂縫中，利用深層導電性較強的土壤導流，增強接地網的泄流能力。[ 3]

3.2 "深井接地法的應用

3.2.1 "深井接地方法的實踐與適用性

在高山風電場，由于地表土壤電阻率偏高且土壤水分含量較低，常規淺層接地方法難以滿足低接地電阻的要求。因此，深井接地法在這種環境下展現出良好的適用性。這種方法是通過將接地體深埋到較深的含水層或導電性較強的土層，增加接地體與導電性較好的土壤的接觸面積，從而實現接地電阻的明顯降低^[5]。深井接地方法在山區和風化石土壤覆蓋層較薄的高山環境中尤為有效。深井接地在極端高電阻率環境中提供了穩定且高效的接地效果。深井接地法的應用在施工時需要仔細選擇鉆井深度，以便觸及更深層的導電性強的土層或含水層。由于深井接地體深埋在具有腐蝕性的土壤中，因此在材料選擇上要注重耐腐蝕性，以確保接地系統在長期使用中的穩定性和可靠性。

3.2.2 "施工案例與測試結果

在廣東某沿海高山風電場項目中，進一步驗證深井接地法在高電阻率土壤中的降阻效果。這一風電場位于山地丘陵區，土壤電阻率約為 4 500 Ω·m。項目初期測試結果顯示，常規接地方案的接地電阻值為9.2 Ω[ 4]"，難以滿足風電場的安全標準。因此，項目團隊決定采用深井接地方法，通過鉆探50[A5]" m深井將接地體安裝至導電性較強的深層土壤中，以有效增加電流的泄流路徑并減少電阻。

選擇了高耐腐蝕性的鋼材作為深井接地體材料，確保其在高腐蝕土壤中能夠長期保持穩定的導電性能。在50[ 6]" m深的地下，接地體與深層含水較多的土壤接觸，這種高水分含量的土層增強了土壤的導電性^[6]。在打入深井接地體后，填充了導電性能良好的降阻劑，以進一步優化接地體與土壤之間的電流擴散能力，確保接地電阻能夠持續保持在低值范圍內。測試結果顯示，接地電阻值從初始的 9.2 Ω降至2.8 Ω，完全滿足了風電場的接地標準。

3.3 "接地體末端分支優化技術

3.3.1 "末端效應與分支結構設計

在雷電沖擊電流的作用下，接地體的末端位置通常會產生較強的電場集中效應，稱為“末端效應”。這一效應會導致電流在接地體末端集中分布，使單一末端承受過高的電流密度，增加沖擊電阻^[7]。為有效應對這一問題，工程師們設計了一種“末端分支優化技術”，即在接地體末端增加輻射狀的分支結構。通過這一設計，接地體末端可以形成多個電流散流路徑，使電流更為均勻地分散到土壤中，進而降低單一末端的電流密度，達到減小沖擊電阻的目的。尤其是在土壤電阻率較高且表層土壤導電性能較差情況下，將分支設計為類似樹枝狀，以保證電流能夠順利流入多個散流通道中。這一優化結構使雷電流在末端的每個分支上均勻散流，有效減少了接地體末端的電流密集效應。在項目實際測試中，該輻射狀分支結構明顯降低了沖擊電阻值。

3.3.2 "實驗測試與高山風電場應用

為了驗證輻射狀分支結構的降阻效果，在實驗室環境中模擬了高電阻率土壤下的沖擊電流條件，并對比了有分支結構與無分支結構的接地體表現。測試結果顯示，采用輻射狀分支結構的接地體在沖擊電流作用下的電阻值明顯保持穩定，而未加分支的接地體在相同條件下電阻值大幅上升^[8]。實驗表明，分支結構的多重散流通道有效地分散了電流，降低了單一末端的電流密度。

基于實驗測試結果，廣東某沿海高山風電場在其防雷接地系統設計中采用了末端分支優化技術。該風電場位于沿海山區，雷暴天氣頻繁，升壓站和風機設備易遭受雷擊威脅。為保證防雷系統的高效運行，項目團隊在升壓站接地體和關鍵風機基礎的接地體周圍安裝了配有輻射狀分支的接地體。這些分支長度為1米，分布均勻，并在分支周圍填充了降阻劑，以進一步增強接地體與土壤的導電接觸。分支結構使雷電流在各個分支上分流，減小了沖擊電流集中在單點的效應，從而提升了整體接地系統的穩定性。

4" 結語

綜上所述，通過深井接地法的導電擴展、人工接地網的結構優化，以及末端分支設計的應用，可以提高雷電流在土壤中的散流能力。在高山風電場內，高密度接地網和末端分支優化技術能夠降低接地電阻，增強接地系統的耐久性和抗沖擊能力。未來工程中，可以根據具體土壤條件，靈活組合深井接地和分支優化技術，確保風電場在高雷擊風險區域實現長期穩定運行。

參考文獻

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