王浩+趙明浩+王維

【摘 要】風(fēng)電場(chǎng)一般位于環(huán)境惡劣、地質(zhì)條件較差的地區(qū)，接地網(wǎng)的功能完整性直接決定著風(fēng)電場(chǎng)電氣設(shè)備及風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行的安全性及可靠性。論文對(duì)風(fēng)電場(chǎng)接地網(wǎng)電阻偏高的原因進(jìn)行了分析，提出了風(fēng)電場(chǎng)變電站和風(fēng)電機(jī)組接地網(wǎng)在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行維護(hù)等三個(gè)方面可能存在的問(wèn)題及改進(jìn)措施。

【Abstract】Wind power stations are generally located in the areas with poor environmental conditions and poor geological conditions. The functional integrity of the grounding grid directly determines the safety and reliability of the operation of the wind electric equipment and the wind turbine in wind power stations. This paper analyzes the reason of the high resistance of wind farm grounding grid and puts forward the possible problems and improvement measures in three aspects of design， construction， operation and maintenance of wind power stations substation and wind turbine grounding grid.

【關(guān)鍵詞】風(fēng)電機(jī)組；變電站；接地電阻；降阻措施

【Keywords】wind turbine； substation； grounding resistance； resistance reduction measures

【中圖分類(lèi)號(hào)】TM614 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）01-0183-02

1 引言

風(fēng)能是一種儲(chǔ)量極為豐富，取之不盡，用之不竭的清潔可再生綠色能源。近年來(lái)，世界各國(guó)對(duì)節(jié)能環(huán)保、資源短缺等問(wèn)題的關(guān)注，導(dǎo)致越來(lái)越多的國(guó)家致力于風(fēng)力發(fā)電的開(kāi)發(fā)和研究。隨著風(fēng)電行業(yè)的快速發(fā)展，風(fēng)電場(chǎng)數(shù)量的不斷增多和裝機(jī)容量的不斷擴(kuò)大，風(fēng)電機(jī)組和電氣設(shè)備的安全、穩(wěn)定運(yùn)行越來(lái)越受到人們的廣泛關(guān)注。根據(jù)風(fēng)資源的分布特點(diǎn)，風(fēng)電場(chǎng)一般所處地理環(huán)境惡劣、地質(zhì)條件差的地區(qū)，且風(fēng)機(jī)作為高聳突出物，雷閃很容易在風(fēng)機(jī)處形成，造成設(shè)備的損壞。所以做好風(fēng)電場(chǎng)接地網(wǎng)，防止雷電危害對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)尤為重要。

2 風(fēng)電場(chǎng)接地網(wǎng)的重要性

近年來(lái)，隨著風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)數(shù)量的不斷增多，風(fēng)電場(chǎng)接地發(fā)生問(wèn)題造成的安全事故屢見(jiàn)不鮮。以一個(gè)5萬(wàn)千瓦風(fēng)電場(chǎng)為例，如接地網(wǎng)出現(xiàn)問(wèn)題，發(fā)生雷擊事件造成風(fēng)電場(chǎng)變電站電壓互感器損壞，會(huì)直接損失20多萬(wàn)元，而由于設(shè)備的損壞使風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電機(jī)組全部停止運(yùn)行，每天電量損失約為40萬(wàn)至80萬(wàn)度，間接損失多達(dá)幾百萬(wàn)元。由此可以看出，完好的接地網(wǎng)不僅可以保障風(fēng)電機(jī)組、電氣設(shè)備的完好和人身安全，而且還能減少因接地問(wèn)題帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。沒(méi)有良好的接地網(wǎng)，機(jī)組和變電站各部分加裝的防雷裝置就不能發(fā)揮其應(yīng)有的保護(hù)作用，因此，接地網(wǎng)的性能將直接決定著機(jī)組和電氣設(shè)備的運(yùn)行可靠性。

3 風(fēng)電場(chǎng)接地網(wǎng)電阻偏高原因

3.1自然條件

一是地質(zhì)因素。設(shè)計(jì)風(fēng)電場(chǎng)接地網(wǎng)時(shí)，必須提前了解風(fēng)電場(chǎng)位置地質(zhì)情況，例如在鹽堿地或者山區(qū)，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各層土壤的電阻率差異較大，對(duì)接地電網(wǎng)的設(shè)計(jì)施工都會(huì)造成困難。二是環(huán)境因素。在雨雪季節(jié)，大量水分的滲入，導(dǎo)致地表層土壤的電阻率比干燥時(shí)降低很多倍；溫度的降低對(duì)土壤的冰凍作用則會(huì)導(dǎo)致土壤地表層的電阻率明顯升高。

3.2 勘察設(shè)計(jì)

風(fēng)電場(chǎng)處于地質(zhì)構(gòu)造及環(huán)境條件復(fù)雜地區(qū)，土壤電阻率變化較大，如僅僅套用現(xiàn)有的接地網(wǎng)設(shè)計(jì)圖紙或設(shè)計(jì)方案，很可能從設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)就留下了缺陷，從而造成地網(wǎng)接地電阻偏高等問(wèn)題。因此，接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)需要考慮每個(gè)可能的機(jī)位點(diǎn)位的地質(zhì)和環(huán)境條件，認(rèn)真地勘察測(cè)量計(jì)算，具體問(wèn)題具體分析，才能做出切實(shí)可行的接地網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。

3.3 施工工藝及質(zhì)量

在系統(tǒng)地設(shè)計(jì)接地網(wǎng)的基礎(chǔ)上，對(duì)于不同地區(qū)不同環(huán)境風(fēng)電場(chǎng)的接地工程，在施工過(guò)程中嚴(yán)格把控施工工藝及質(zhì)量同樣重要。地形及地質(zhì)條件復(fù)雜，特別是位于山區(qū)的風(fēng)電場(chǎng)，施工環(huán)境及條件往往也較為惡劣，需采用多種施工工藝。同時(shí)，接地工程屬于隱蔽工程的一種，施工過(guò)程中如不能全過(guò)程的進(jìn)行質(zhì)量控制，很可能出現(xiàn)如下一些問(wèn)題：一是不按圖紙施工。二是不按規(guī)范施工。三是不合理使用降阻劑。降阻劑一般呈酸性，在土壤水分含量較大的地區(qū)或者雨雪季節(jié)，易隨水分解或被沖刷而流失，造成土壤酸性增加，加速接地體的腐蝕，縮短接地裝置使用壽命。

3.4 運(yùn)行維護(hù)

在風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)完成通過(guò)驗(yàn)收時(shí)，接地網(wǎng)必須是符合規(guī)定的，但在運(yùn)行期間，仍需要注意一些問(wèn)題。一是隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)及環(huán)境的變化，接地體發(fā)生老化或腐蝕，造成接地體與周?chē)寥赖慕佑|電阻變大，特別是在酸堿性偏大的土壤中，會(huì)加快接地體的腐蝕速度，甚至造成接地體脫離接地裝置；二是防腐措施不到位，在風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行初期問(wèn)題不顯，但隨著運(yùn)行期的延長(zhǎng)，銹蝕就會(huì)使接地體或連接處的電阻變大或乃至形成開(kāi)路；三是地質(zhì)運(yùn)動(dòng)或者人為破壞造成接地網(wǎng)損壞。鑒于接地裝置的隱蔽性，一般業(yè)主單位或者運(yùn)行單位都會(huì)定期對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的接地網(wǎng)進(jìn)行檢查和測(cè)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)處理，避免造成重大事故或損失。

4 風(fēng)電場(chǎng)變電站接地網(wǎng)系統(tǒng)

4.1 施工要求

風(fēng)電場(chǎng)變電站接地網(wǎng)一般采取水平接地帶與垂直接地極相結(jié)合的設(shè)計(jì)施工方式。水平接地帶選用熱鍍鋅的圓鋼或扁鋼，垂直接地極可采用熱鍍鋅鋼管、角鋼或銅包鋼。接地網(wǎng)應(yīng)裝設(shè)必需的等電位接地，主接地網(wǎng)的接地電阻建議R≤0.5Ω以下；人工接地網(wǎng)的外緣應(yīng)閉合，外緣的各角應(yīng)做成圓弧形。接地網(wǎng)埋深和接地極頂端一般距地面0.8～1m。在有凍土的地區(qū)，接地網(wǎng)應(yīng)敷設(shè)在凍土層以下；在經(jīng)常有人出入的走道接地網(wǎng)表面應(yīng)考慮采用高電阻率的結(jié)構(gòu)層，例如瀝青路面等；接地裝置應(yīng)敷設(shè)成環(huán)形，避免在雨后積水時(shí)，流過(guò)中性點(diǎn)的不平衡電流產(chǎn)生的跨步電壓對(duì)人和動(dòng)物造成電擊事故。endprint

4.2 避雷針接地體的施工要求

避雷針應(yīng)設(shè)獨(dú)立的接地體，它與主接地網(wǎng)地中距離T≥5m；為避免反擊，屋內(nèi)35kV以下設(shè)備的接地點(diǎn)應(yīng)該與避雷針引下線(xiàn)入地點(diǎn)沿地中距離不小于15m，并且避雷針與引下線(xiàn)之間的連接采用焊接，其接地電阻R≤10Ω。主接地網(wǎng)和避雷針接地網(wǎng)都應(yīng)具有均壓作用，以減少接觸電勢(shì)和跨步電壓，同時(shí)具備散流作用。在防雷接地裝置中，可采用垂直接地體作為避雷針、避雷線(xiàn)和避雷器加強(qiáng)集中接地和散泄電流的作用。

5 風(fēng)機(jī)接地網(wǎng)系統(tǒng)

早期的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒高度一般為60 m～80 m，葉片長(zhǎng)度30m～40m。近年來(lái)，隨著風(fēng)資源開(kāi)發(fā)利用的提高，80m以上甚至高于100m 的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒，及長(zhǎng)度50m以上的葉片也頻繁應(yīng)用在風(fēng)電項(xiàng)目中。鑒于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及葉片的特性，機(jī)組接地網(wǎng)的，在風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)中對(duì)風(fēng)機(jī)接地的接地電阻值有明確的規(guī)定，一般風(fēng)機(jī)接地網(wǎng)接地電阻≤4Ω[1]。

5.1 風(fēng)機(jī)接地存在的問(wèn)題

①設(shè)計(jì)院依據(jù)勘測(cè)部門(mén)提供的場(chǎng)址電阻率數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，施工單位根據(jù)設(shè)計(jì)院施工圖紙完成施工，若不合格，則一般采取向外延伸地網(wǎng)的方式進(jìn)行補(bǔ)充設(shè)計(jì)施工。②濫用降阻劑、非金屬模塊、離子地極、銅包鋼等輔助降阻產(chǎn)品或材料，不但不能從根本上降低接地電阻的作用而且還造成環(huán)境的污染。③按照傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，垂直接地體的長(zhǎng)度在3米以?xún)?nèi)，距離地面深度在4米左右。這對(duì)于各地質(zhì)層電阻率差異大的地區(qū)，顯然不能充分利用土壤天然導(dǎo)電性和深層土壤的散流能力。

5.2 風(fēng)機(jī)接地網(wǎng)采取的改進(jìn)措施

①當(dāng)風(fēng)機(jī)的接地網(wǎng)和變電站的接地網(wǎng)距離較近時(shí)，為了保證風(fēng)機(jī)地網(wǎng)和變電站地網(wǎng)接地電阻合格，則各自的地網(wǎng)面積將會(huì)很大，在這種情況下，按技術(shù)規(guī)范相關(guān)要求，可將鄰近的幾組地網(wǎng)進(jìn)行等電位連接而形成區(qū)域地網(wǎng)，該區(qū)域地網(wǎng)應(yīng)保證在區(qū)域內(nèi)每臺(tái)風(fēng)機(jī)或變電站處注入測(cè)量電流時(shí)接地電阻都滿(mǎn)足要求。②采用引外接地，連接遠(yuǎn)距離的接地網(wǎng)及鄰近的接地設(shè)備。應(yīng)當(dāng)注意在變電站和遠(yuǎn)處接地裝置之間存在顯著的電位差。[2]③合理利用土壤電阻率分布的特點(diǎn)，采用適當(dāng)長(zhǎng)度垂直接地極。垂直接地極能充分應(yīng)用深層土壤的散流效能，從而達(dá)到降低接地電阻的目的。④考慮降低風(fēng)機(jī)及箱變接地裝置的沖擊電阻、減小雷擊時(shí)所產(chǎn)生的電磁干擾，單純擴(kuò)大接地網(wǎng)的面積很難取得良好效果，相對(duì)來(lái)說(shuō)，在風(fēng)機(jī)附近增加接地網(wǎng)的導(dǎo)體根數(shù)則更為有效，或者在風(fēng)機(jī)附近增設(shè)幾根垂直接地極也將明顯改善接地系統(tǒng)的防雷性能。

6 結(jié)語(yǔ)

風(fēng)電場(chǎng)接地網(wǎng)能否發(fā)揮作用，要在設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行維護(hù)這三個(gè)環(huán)節(jié)加以關(guān)注。設(shè)計(jì)要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的地形地貌、土質(zhì)巖層，進(jìn)行詳細(xì)勘察，提出可行的設(shè)計(jì)方案；施工要嚴(yán)控過(guò)程中的工藝和質(zhì)量；運(yùn)行維護(hù)要定期、及時(shí)、到位，合理恰當(dāng)?shù)倪\(yùn)行維護(hù)能夠保證接地網(wǎng)的長(zhǎng)期有效，延長(zhǎng)風(fēng)電場(chǎng)使用壽命。綜上，在風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)過(guò)程中，尤其是環(huán)境惡劣、地形復(fù)雜地區(qū)的風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)與建設(shè)中，必須因地制宜，充分注重接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行維護(hù)，才能保證風(fēng)力機(jī)組和電氣設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

【參考文獻(xiàn)】

【1】DL/T620-1997交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合[S].

【2】GB50169-92（2005）電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].endprint