山地風(fēng)電場(chǎng)升壓站接地系統(tǒng)計(jì)算研究

胡琴 王勇 楊陽(yáng) 古婷婷

摘要：近年來(lái)，隨著風(fēng)力發(fā)電的飛速發(fā)展，作為山地風(fēng)電場(chǎng)的設(shè)計(jì)核心部分，升壓站接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)在項(xiàng)目生命周期中顯得尤為重要，本文以某山地風(fēng)電場(chǎng)升壓站接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)際工程為例，詳細(xì)進(jìn)行山地風(fēng)電場(chǎng)升壓站接地電阻、避雷針接地、升壓站接觸電勢(shì)允許值和跨步電壓允許值的計(jì)算，并提出了合理的改善措施。

關(guān)鍵詞：山地風(fēng)電場(chǎng);升壓站;接地系統(tǒng)計(jì)算

引言

山地風(fēng)電場(chǎng)升壓站接地系統(tǒng)是保證人身安全、電氣設(shè)備和過(guò)電壓保護(hù)裝置正常工作的非常重要的技術(shù)措施，它不僅為站內(nèi)各種電氣設(shè)備提供一個(gè)公共的參考地，而且在系統(tǒng)故障時(shí)，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(shè)備的安全。隨著風(fēng)力發(fā)電滲透率增加，近年來(lái)不少山地風(fēng)電場(chǎng)由于接地電阻未達(dá)到要求、因地網(wǎng)腐蝕和斷裂引起接地電阻增大而導(dǎo)致的事故，不僅帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還對(duì)人們的生產(chǎn)和生活造成更為嚴(yán)重的社會(huì)損失。因此，山地風(fēng)電場(chǎng)接地網(wǎng)接地電阻是否符合要求與電力安全生產(chǎn)密切相關(guān)，接地電阻值的大小是衡量接地系統(tǒng)的有效性、安全性以及鑒定接地系統(tǒng)是否符合規(guī)程要求的重要指標(biāo)。

1.計(jì)算說(shuō)明

1.1綜合說(shuō)明

1.1.1雷電危害

對(duì)山地風(fēng)電場(chǎng)升壓站危害最大的雷電有：直擊雷;傳導(dǎo)雷;感應(yīng)雷。

1.1.2接地裝置

接地裝置的人工接地極包括水平敷設(shè)的接地極和垂直敷設(shè)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(jì)算要點(diǎn)

因此根據(jù)雷電流特點(diǎn)：速度快、沖擊強(qiáng)、破壞大等，升壓站水平接地網(wǎng)增加垂直接地極主要作用為快速泄流及防止設(shè)備受沖擊，升壓站中垂直接地極的布置對(duì)整個(gè)升壓站的工頻接地電阻值的影響較?。ɑ究梢院雎裕?，水平接地網(wǎng)接地電阻主要取決于接地網(wǎng)面積，因此升壓站工頻接地電阻計(jì)算，根據(jù)升壓站的水平接地網(wǎng)計(jì)算得出。獨(dú)立避雷針的沖擊電阻計(jì)算，根據(jù)其布置的垂直接地極計(jì)算得出。

1.2工程概況

某山地風(fēng)電場(chǎng)擬安裝42臺(tái)單機(jī)容量為2000kW風(fēng)電機(jī)組，裝機(jī)容量為84MW，風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)擬新建1座220kV升壓站，220kV升壓站最終規(guī)模按1×84MVA+1×50MVA設(shè)計(jì)，本期安裝一臺(tái)84MVA主變壓器。本風(fēng)電場(chǎng)以1回220kV出線(xiàn)接至某220kV變電站，新建線(xiàn)路長(zhǎng)度約13km，導(dǎo)線(xiàn)選用JL/G1A-400/50。

1.3計(jì)算目的

根據(jù)《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50065-2011）規(guī)定，所有要求接地或接零部分的電氣設(shè)備均應(yīng)可靠地接地或接零。為保證人身和設(shè)備的安全，電氣設(shè)備宜接地，將升壓站內(nèi)不同用途和各種不同電壓的電氣設(shè)備接地，應(yīng)使用一個(gè)總的接地裝置，接地裝置的接地電阻應(yīng)滿(mǎn)足其中接地電阻最小的電氣設(shè)備的要求。

根據(jù)GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》“4.1第8條，獨(dú)立接閃桿、架空接閃線(xiàn)或架空接閃網(wǎng)應(yīng)設(shè)獨(dú)立的接地裝置，每一引下線(xiàn)的沖擊接地電阻不宜大于10Ω?！北芾揍樀臎_擊電阻要求在10Ω以?xún)?nèi)，即可滿(mǎn)足運(yùn)行需要。

當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生碰殼故障，導(dǎo)線(xiàn)斷裂落地或線(xiàn)路絕緣擊穿而導(dǎo)致單相接地故障時(shí)，電流便經(jīng)接地體或?qū)Ь€(xiàn)落地點(diǎn)呈半球形向大地散流，人觸及故障設(shè)備外殼或進(jìn)入散流區(qū)域會(huì)發(fā)生接觸電壓或跨步電壓觸電，觸電傷害的結(jié)果與跨步電壓與接觸電壓的大小有直接關(guān)系。

（1）在一般情況下，根據(jù)GB/T 50065-2011《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》

“4.3.2第1條，人工接地網(wǎng)的外緣應(yīng)閉合，外緣各角應(yīng)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(wǎng)內(nèi)應(yīng)敷設(shè)水平均壓帶，接地網(wǎng)的埋設(shè)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(shì)，要求水平接地體局部埋深不應(yīng)小于1m（環(huán)形或成排布設(shè)水平接地體埋設(shè)于凍土層以下），并應(yīng)鋪設(shè)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(shè)兩條與接地網(wǎng)相連的“帽檐式”均壓帶能顯著降低接觸電壓和跨步電勢(shì)。

最大接觸電位差實(shí)際值及最大跨步電位差實(shí)際值以現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量為準(zhǔn)，應(yīng)根據(jù)規(guī)程規(guī)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?xún)?nèi)，滿(mǎn)足風(fēng)電場(chǎng)升壓站運(yùn)行要求。

6.結(jié)束語(yǔ)

因山地風(fēng)電場(chǎng)所處自然環(huán)境惡劣，為避免風(fēng)電場(chǎng)因雷擊、短路等故障造成的損失，應(yīng)重視山地風(fēng)電場(chǎng)的接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)，本文通過(guò)實(shí)際工程詳細(xì)進(jìn)行山地風(fēng)電場(chǎng)工程升壓站及風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)接地系統(tǒng)計(jì)算，并提出了積極有效的改善措施，為工程實(shí)際提供了借鑒思路及方法。

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（作者單位：中國(guó)電建集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司）