提高大石山区风电机组防雷接地可靠性

袁福优 马博涛

摘要：通过外引接地方式，降低接地电阻值，提高风电机组防雷接地可靠性。

关键词：风机基础;电阻率;外延地网;接地电阻

随着国家绿色的发展理念，清洁能源在整个能源占比逐步扩大。风电作为清洁能源领域重要的组成部分，其安全、可靠、稳定运行直接关系国家整个能源布局、调控，对风电所并入的电网运行安全也至关重要。由于风电机组安装自然环境、风机安装高度的特殊性，造成风机运行最大的安全隐患是雷击，因此防雷接地的好坏直接确定机组运行状态。大石山区风力大，风能发展潜力巨大，但其石头多，土壤少的特性，加大了防雷接地系统施工的难度，成为阻碍大石山区风力发电的发展脚步。重庆市奉节县金凤山风电工程对大石山区风电机组防雷接地问题做以分析提供解决思路。下面以37#风机为例，诠释解决方案。

经技术人员现场检测（自检），37#风机基础及内圈接地电阻值分别为：18.4Ω，考虑现场检测时下雨，土地比较湿润接地电阻偏小有不真实情况，本方案设计将检测的各个风机基础接地电阻值，放大至5倍。

即：37#、31#风机基础及内圈接地电阻值分别为：92Ω。

1、37#风机基础接地方案

原37#风机土壤电阻率为：3500Ω.m，考虑岩石比较多要求回填采用黄土回填，本方案设计现有的土壤电阻率在原基础上降低至0.52倍。

即：37#风机土壤电阻率为：1850Ω.m。

新增地网采用：60*6热镀锌扁钢做为水平接地极、50*5*1500热镀锌角钢及人工离子接地极作为垂直接地极组成。各接地极之间采用焊接进行连接，焊接处需做防锈处理。

1）在环形地网外侧敷设外引地网，外引地网总长度为550米，材料为60*6热镀锌扁钢。

外引地网水平接地体的接地电阻计算如下：

Rs=ρ/2πL * Ln KL2/dt

式中：

ρy── 原地层的电阻率1850Ω.m

lc── 水平接地体长度550米

d──   水平接地体的等效直径：0.03m

t──接地体埋深0.8

K──土壤利用系数1

计算得出：水平接地体的接地电阻测量值为8.61Ω

2）外延地网上埋设垂直接地体，材料为L50*5*1500热镀锌角钢，共30根

A）单根垂直接地体的接地电阻按下式计算如下：

Rc=ρy/2πlc （ Ln 4Lc/d） = 958.66Ω

式中：ρy：原地層的电阻率1850Ω.m

lc：垂直接地体的长度1.5米

d：垂直接地体的等效直径：0.042m

B）30根垂直接地体并联接地电阻：

R1= Rc / nη =35.51Ω

式中：

Rc为单根垂直接地体的电阻值

n 为接地体的根数 30

η 为多根接地体共用时的利用系数 取0.9

3）38根直径50长度为1米的离子接地极的接地电阻值

A）现计算单支离子接地极的接地电阻：

R2=ρ/2πl （ Ln 8l/D-1）K=354.31Ω

R2：单支离子接地体的接地电阻  （Ω）

ρ：土壤电阻率1850Ω.m

K：土壤调节系数0.30

d：离子接地极的等效直径：0.05

L：离子接地极长度1米

B） .38根离子接地体的接地电阻：

R3= Rc / nη =10.36Ω

R3：38根子接地极并联接地电阻

R2：单支离子接地极的接地电阻（Ω）

n：多支离子接地极数目38

η：多支离子接地体利用系数  （取0.9）

4） 外延地网水平接地体、垂直接地极、离子接地极与原风机基础及内圈地网并联后的接地电阻计算如下：

R=1/ （1/R+1/R1+1/R2+1/92）=3.97≤4.0Ω   （符合设计要求）

5）在箱变周围用60*6的热镀锌扁钢围一圈，并与风机地网相连（不小于两个连接点，长度不小于15米）

37#风机地网工程材料清单：

水平接地体     60*6热镀锌扁钢           550米

垂直接地体     50*5*1500热镀锌角钢       30根

离子接地极     LBD-LJD50/1000             38根

2、地网施工工艺

1）接地体的埋设深度其顶部不应小于0.8m。

2）接地体（线）的连接应采用焊接，焊接处焊缝应饱满并有足够的机械强度，不得有夹渣、咬肉、裂纹、虚焊、气孔等缺陷，焊接处的药皮敲净后，刷沥青做防腐处理。

3）采用搭接焊时，其焊接长度如下：镀锌扁钢不小于其宽度的2倍，三面施焊。（当扁钢宽度不同时，搭接长度以宽的为准）。敷设前扁钢需调直，煨弯不得过死，直线段上不应有明显弯曲，并应立放且焊接处距角钢顶端不小于300mm。

4）所有金属部件应镀锌，操作时，注意保护镀锌层，如有划伤、破损需刷补防锈漆或沥青漆。

5）垂直接地体的加工：材料采用镀锌角钢切割，长度不应小于1.5m。选用角钢，采用50mm×50mm×5mm的角钢，角钢的一端应加工成尖头形状。

6）热镀锌角钢及人工离子接地极均采用垂直敷设。

7）垂直接地体的间距应大于其自身长度的2倍，即不应小于3m。

8）接地体间的扁钢敷设：扁钢敷设前应调直，然后将扁钢放置于沟内，依次将扁钢与垂直接地体用电焊（气焊）焊接。扁钢应侧放而不可放平，侧放时散流电阻较小。扁钢与垂直接地体连接的位置距接地体最高点约100mm。焊接时应将扁钢拉直，焊好后清除药皮，刷沥青做防腐处理，并将接地线引出至需要位置，留有足够的连接长度，以待使用。

9）核验接地体（线）：接地体连接完毕后，应及时请质检部门进行隐检、接地体材质、位置、焊接质量，接地体（线）的截面规格等均应符合设计及施工验收规范要求，经检验合格后方可进行回填，分层夯实。最后，将接地电阻摇测数值填写在隐检记录上。

10）刷防腐油漆距焊接点两边间距不小于10CM长

11）回填土内不得夹有石块和建筑垃圾，处取的土壤不得有较强的腐蚀性，回填土应分层夯实。

12）本解决方案中风机及箱变接地网采取网格状，接地网形成一个闭合的回路降阻效果好能更好更快的泄放雷电流。

参考文献：

[1]《风力发电机组的安装与调试》 叶云洋   陈文明  化工工业出版社   2014.8.

（作者单位：黑龙江能源建设有限公司 ）