风电场风电机组接地技术

张晶，叶杨，张晓梅，王绎，陈冰，刘伟

(中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，昆明 650051)

1 风电场概述

风电场高程在2 800 m～3 300 m 之间，场址面积约18.97 km2。风电场场址位置共有1 500 kW 风机33 台，每台风机配1 台箱式变压器。风机与箱变共用1 个接地网，每台风机、箱变的接地网有单独的设计方案，要求接地电阻值不大于4 Ω。根据区域地质资料分析，该风电场场地的第四系覆盖层厚度0.3 m～22.4 m，场区基岩岩性以灰岩、白云岩、灰质白云岩、砂岩、粉砂岩为主，坡、残积层岩性主要为粘土或碎石土。由于地处山顶部位，基岩风化不完全，坡、残积层中普遍夹有含量不等的碎石，再结合场地土层结构及力学性质，判定场地土的类型主要为中硬土;场地类别为Ⅱ类。

风电场各机位的电阻率差异较大，大概分为以下几个区间段，见表1。

表1 风机机位电阻率

2 接地设计概述

2.1 风机接地网

单台风电机接地装置采用以风机中心为圆心设置环形水平接地体，即在距基础地网边沿9 m(或距以风机中心为圆心半径16 m)处，设置一圈接地均压环，在该均压环上每隔约10 米打一根Ф50 厚壁钢管，共10 根(局部遇到岩石处，以打到岩石为止)，从风机塔筒内部接地装置引出4根接地线与接地均压环可靠连接。

图1 单台风机基础接地网示意图

2.2 风机接地网的接地电阻计算

其中:

R0为地网接地电阻值

S 为地网面积

ρ 为土壤电阻率

计算后若R0＜4 Ω，则满足要求。若R0≥4 Ω，则采用外引接地线并敷设电解接地极的方式进一步处理，以降低接地电阻。

2.3 电解接地极的设计计算

对于高土壤电阻率的风机基础，设计向外辐射接地线和埋设离子电解地极方式来进行降低接地电阻值。原理是通过电解地极的电解质向地表深层和四周的泄放，就可将四周大范围内的土壤进行改善，降低了这一范围内的土壤电阻率，这样使得基础地网的接地电阻大幅度下降。

电解地极可向四周及纵深方向渗透电解质，采用电解地极替代降阻剂降低土壤电阻率的办法，即可克服降阻剂存在的腐蚀性大，污染水源，电阻不稳定，易随天气干燥而上升，寿命短的缺点。

2.3.1 外引接地线长度计算

根据等效半球体接地电阻的计算方法，计算出半球半径即为我们需要外引接地线的长度。

其中:

r 为等效接地半径

R 为接地电阻目标值

ρ 为土壤电阻率

外引接地线的敷设长度需不小于等效接地半径r。即:自风机基础地网外圈分别向四周外延接地线，外延接地线的延生长度需超出半球半径r 的范围。

2.3.2 电解接地极的敷设数量计算

地极数量按以下公式计算

从基础地网接地电阻值降到4 欧姆所需要的电解地极数量:

其中:

R 为地网设计接地电阻;

ρ 为土壤电阻率;

k 为系数

当:ρ＜200 Ω.m，k 取3

200≤ρ＜500 Ω.m，k 取4

500≤ρ＜1 000 Ω.m，k 取4.5

ρ≥1 000 Ω.m，k 取5

即可计算出不同土壤电阻率的风电场所需要电解地极数量。

3 接地竣工方案概述

该风电场33 台风机接地网竣工图，均采用了外沿接地网并敷设接地极的形式。受风电场实际地形的限制，33 台风机接地网竣工图主要可划分为两种方案。

方案一:从基础接地网引出1 条外引接地线，并在外引接地线上均匀敷设接地极。

方案二:从基础接地网引出2 条外引接地线，并在外引接地线上均匀敷设接地极。

该风电场采用外引接地线并敷设电解接地极的方式处理的风机，竣工后实测电阻值均优于目标值得要求，

4 结束语

在土壤电阻率较大，风机接地电阻值很难满足要求时，根据地形条件在合适位置采用1 至2回外引接地线并在外引接地线上均匀敷设电解地极的方式，能取得较好的效果。

［1］李冬根 等效半球接地体3D 0.618 法

［2］物理学 高等教育出版社1959 年版