山地风电场升压站接地系统计算研究

胡琴 王勇 杨阳 古婷婷

摘要：近年来，随着风力发电的飞速发展，作为山地风电场的设计核心部分，升压站接地系统设计在项目生命周期中显得尤为重要，本文以某山地风电场升压站接地系统设计的实际工程为例，详细进行山地风电场升压站接地电阻、避雷针接地、升压站接触电势允许值和跨步电压允许值的计算，并提出了合理的改善措施。

关键词：山地风电场;升压站;接地系统计算

引言

山地风电场升压站接地系统是保证人身安全、电气设备和过电压保护装置正常工作的非常重要的技术措施，它不仅为站内各种电气设备提供一个公共的参考地，而且在系统故障时，可将故障电流迅速泄流，降低升压站的地电位升高，以保证人身和设备的安全。随着风力发电渗透率增加，近年来不少山地风电场由于接地电阻未达到要求、因地网腐蚀和断裂引起接地电阻增大而导致的事故，不仅带来巨大的经济损失，还对人们的生产和生活造成更为严重的社会损失。因此，山地风电场接地网接地电阻是否符合要求与电力安全生产密切相关，接地电阻值的大小是衡量接地系统的有效性、安全性以及鉴定接地系统是否符合规程要求的重要指标。

1.计算说明

1.1综合说明

1.1.1雷电危害

对山地风电场升压站危害最大的雷电有：直击雷;传导雷;感应雷。

1.1.2接地装置

接地装置的人工接地极包括水平敷设的接地极和垂直敷设的接地极，水平接地极可采用圆钢、扁钢;垂直接地极可采用角钢、圆钢或钢管。

1.1.3计算要点

因此根据雷电流特点：速度快、冲击强、破坏大等，升压站水平接地网增加垂直接地极主要作用为快速泄流及防止设备受冲击，升压站中垂直接地极的布置对整个升压站的工频接地电阻值的影响较小（基本可以忽略），水平接地网接地电阻主要取决于接地网面积，因此升压站工频接地电阻计算，根据升压站的水平接地网计算得出。独立避雷针的冲击电阻计算，根据其布置的垂直接地极计算得出。

1.2工程概况

某山地风电场拟安装42台单机容量为2000kW风电机组，装机容量为84MW，风电场内拟新建1座220kV升压站，220kV升压站最终规模按1×84MVA+1×50MVA设计，本期安装一台84MVA主变压器。本风电场以1回220kV出线接至某220kV变电站，新建线路长度约13km，导线选用JL/G1A-400/50。

1.3计算目的

根据《交流电气装置的接地设计规范》（GB/T 50065-2011）规定，所有要求接地或接零部分的电气设备均应可靠地接地或接零。为保证人身和设备的安全，电气设备宜接地，将升压站内不同用途和各种不同电压的电气设备接地，应使用一个总的接地装置，接地装置的接地电阻应满足其中接地电阻最小的电气设备的要求。

根据GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》“4.1第8条，独立接闪杆、架空接闪线或架空接闪网应设独立的接地装置，每一引下线的冲击接地电阻不宜大于10Ω。”避雷针的冲击电阻要求在10Ω以内，即可满足运行需要。

当电气设备发生碰壳故障，导线断裂落地或线路绝缘击穿而导致单相接地故障时，电流便经接地体或导线落地点呈半球形向大地散流，人触及故障设备外壳或进入散流区域会发生接触电压或跨步电压触电，触电伤害的结果与跨步电压与接触电压的大小有直接关系。

（1）在一般情况下，根据GB/T 50065-2011《交流电气装置的接地设计规范》

“4.3.2第1条，人工接地网的外缘应闭合，外缘各角应做成圆弧形，圆弧形的半径不宜小于均压带间距的1/2，接地网内应敷设水平均压带，接地网的埋设深度不宜小于0.8m”。均压带的距离一般为4～5m为宜。

（2）为降低接触电压和跨步电势，要求水平接地体局部埋深不应小于1m（环形或成排布设水平接地体埋设于冻土层以下），并应铺设5～8cm厚的沥青混凝土层或不小于30cm厚的砾石层，其宽度超出接地装置2m左右。

（3）采用“帽檐式”均压带，敷设两条与接地网相连的“帽檐式”均压带能显著降低接触电压和跨步电势。

最大接触电位差实际值及最大跨步电位差实际值以现场测量为准，应根据规程规范要求，采取措施降低最大接触电位差及最大跨步电位差，使其在最大接触电位差允许值Ut及最大跨步电位差允许值US以内，满足风电场升压站运行要求。

6.结束语

因山地風电场所处自然环境恶劣，为避免风电场因雷击、短路等故障造成的损失，应重视山地风电场的接地系统设计，本文通过实际工程详细进行山地风电场工程升压站及风机基础接地系统计算，并提出了积极有效的改善措施，为工程实际提供了借鉴思路及方法。

参考文献：

[1] 《交流电气装置的接地设计规范》GB/T50065-2011

[2] 《电气装置安装工程接地施工及验收规范》 GB50169-2016

[3] 《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》GB/T5 0064-2014

[4] 《岩土工程勘察规范》（2009年版）GB50021-2001

[5] 《建筑物防雷设计规范》 GB50057-2010

[6] 《水力发电厂接地设计技术导则》 NB/T35050-2015

[7] 《电力工程电气设计手册（电气一次部分）》1989.12

[8] 《水电站机电设计手册（电气一次）》1982.11

（作者单位：中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司）