浅谈风电场接地网存在的问题及降低接地电阻的措施

张健

【摘 要】对于风力发电厂来说，接地系统是其必不可少的技术保证措施。接地系统工程的质量好坏，直接影响到人身和设备的运行安全。本文首先介绍了接地系统在风电厂建设工程中的重要性，简要介绍了风力发电厂接地系统的构成，然后通过勘测设计、自然条件及施工质量三个因素对接地网系统阻值偏高的原因进行了分析，根据风场接地网电阻偏高提出了敷设水平外延接地网、深埋垂直接地极、利用降阻剂、利用电解离子接地模块、利用阳极保护等方案，总而言之，接地网工程是风电建设重要的一环，通过有效的技术措施和管理措施保证风电场接地网接地电阻达到设计规范要求，最终实现风电厂接地系统的安全可靠，保障设备及人身安全。

【关键词】风力发电机组;接地电阻;土壤电阻率;接地体;降阻措施;

引言

风电场接地网作为风电建设工程中重要的一环，其作用是无法代替的，良好的接地系统保障了风电场设备的安全运行，是风电场建设重要的考核项。接地电阻作为反映接地网系统好坏的重要指标，切实了解风电厂接地系统存在的问题及掌握降低接地电阻的措施很有利于风电场的工程建设质量。

1.风电场接地网的重要性

近些年来，伴随着国内风电场建设数量的不断增多，风电场接地问题造成的安全事故屡见不鲜。以一个2MW风机为例，如果其接地网出现问题，发生雷击事件时风机叶片顶端的接闪器无法顺利通过接地装置将雷电引入大地，将会直接损坏叶片，而由于设备的损坏使风电场发电机组停止运行，每天电量将损失约为4万度，间接损失多达几万元;如果是在50MW的风电厂升压站内，因为雷击到电气设备无法通过合格的接地网传入大地，将每天损失几十万度电，经济损失上百万。由此可以看出，完好的接地网不仅可以保障风电机组、电气设备的完好及其周围人员的人身安全，还能避免因接地问题带来的经济损失。

2.风电场防雷接地系统

风电场接地系统主要包含风机及箱变接地网系统、集电线路防雷接地系统、风电场升压站防雷接地系统三个接地系统。

2.1风机及箱变接地网系统

风机及箱变接地网主要包括风机基础的接地网及箱变基础的接地网，其整体构成了一个风力发电机组的接地网系统。由于风电建设的高速发展，大机型、大容量的风力发电机组盛行，陆地风电塔筒已达到90～100米高度，叶片长度已达到将近50米，在风机运转时，叶片顶端的接闪器最高达到了130米多，现如今雷击造成的叶片损坏屡见不鲜，所以风电场建设中风力发电机组的接地网需要严控接地质量保证接地电阻值，一般风机接地网接地电阻≤4Ω。

2.2风电场集电线路防雷接地系统

风电场集电线路主要是用于对风力发电机组发出的电输送到风电场升压站内。如果集电线路采用的是架空线路，长距离输电对于集电线路铁塔的接地有明确的设计要求，每个铁塔有独立的接地系统，每个杆塔的接地电阻应符合DL/T621-1997《交流电气装置的接地》的要求，一般土壤电阻率≤4Ω.m时，该杆塔的接地电阻应当不超过10Ω。

2.3风电场升压站防雷接地系统

升压站是风电场向电网输送电能重要门户，升压站接地网主要有：主变压器、GIS室、SVG室、35KV配电室、继电保护室、中央控制室组成。在进行升压站防雷接地系统设计的时候，应当符合规定的设计规范，其阻值一般不超过4Ω。

3.风电场接地网电阻偏高原因

3.1勘探设计方面

陆地风力发电机组一般位于山区，当地质为多岩石的环境时，设计人员如果仅仅根据报告套用一些现成的图纸或典型设计而没有完全实地考察，很容易造成实际与理论不符的现象，最终导致后期施工时接地电阻偏高。

3.2自然条件方面

3.2.1地质因素

当陆地风电位于岩石或矿石区，复杂地质环境下各层土壤的电阻率差异较大，如果不用专业的测试仪器并综合考虑复杂分层的地质环境，很容易得出错误的土壤电阻率，造成接地网的设计偏差，最终使接地电阻偏高。

3.2.2环境因素

自然环境可能对接地网产生很大的影响，多雨天气时，雨水层层渗透会减小土壤电阻率，同时长期的冰冻天气会造成土壤结冰增大土壤电阻率，这些都是在设计接地网时需要考虑的因素。

3.3施工方面

接地网施工直接影响到接地系统的质量，最终导致接地电阻偏高，具体可以分为以下几个问题：

（1）未按图纸施工。施工单位可能未完全按照图纸施工，比如未按照設计要求选用接地材料，少安装垂直接地体，环形接地网的圈数不够或者环网过近，回填土未按设计要求进行细土分层夯实，均无法实现设计要求，造成最终的接地电阻偏大。

（2）施工质量不合格。某些施工单位为了节约成本故意在施工质量上打折扣，比如扁钢的搭接面积不够，接地未防腐，接地焊接不合格，水平接地体的深度未达到0.7米，垂直接地体的埋设深度未达到2.5米，接地网的长度不够，都会影响接地质量，增大接地电阻阻值。

（3）错误使用降阻剂。如采用灌水、木炭或食盐降阻，短期内可能收到效果，但这些降阻剂会随着时间自然流失，同时这些降阻剂还可能腐蚀接地体，缩短接地体的使用寿命，最终增大接地电阻。

4.降低接地电阻的方法

4.1敷设水平外延接地网

陆上风力发电机组如果地处岩石区，风机的主接地网埋设于岩石地质中，接地电阻会很大，可以考虑将主接地网外引到机组附近土壤率低的地质环境中，通过在土壤率低的地质环境增设辅助接地网，可以有效降低主接地电阻，同时施工费用低，不失为一种可行的施工方案。

4.2深埋垂直接地极

陆上风电地处山区，山区的地质分层土壤电阻率可能不同，风机的接地网埋设于岩石地质中，接地电阻会很大，可以考虑将垂直接地极深埋，在下层土壤电阻率较低的情况能有效降低接地网的接地电阻。

4.3利用降阻剂

降阻剂主要作用是降低与地网接触的局部土壤电阻率，采用符合环保要求的降阻剂是一种很好的降低接地电阻的方案。比如化学降阻剂是由几种物质配制而成，具有良好的导电性能、强电解质和水分^[1]。这些强电解质和水分被网状胶体所包围，网状胶体的空格又被部分水解的胶体所填充，使它不致于随地下水和雨水流失，能长期保持良好的导电作用。

4.4利用电解离子接地模块

电解离子接地模块是采用先进的陶瓷复合材料、合金电极、中性离子化合物组成，可以确保提供稳定可靠的接地保护^[2]。电解离子接地模块的主体是铜合金管，能够确保较高的导电性能及较长的使用寿命，其内部含有特制的、无毒的电解离子化合物，能够吸收空气中的水分，通过潮解作用，将活性电解离子有效释放到周围土壤中，正是因为电解离子接地模块不断的自动释放活性电解离子使得周围土壤的导电性能可以始终保持在较高水平，于是故障电流能顺畅的扩散到周围的土壤中，从而充分发挥接地系统的保护作用。

4.5 利用阴极保护

接地网系统由于采用钢制材料，在土壤中会很快的被腐蚀完毕，给风力发电场安全生产带来很大威胁。采用加大腐蚀余量和热镀锌保护性涂层的办法，由于镀锌层的缺陷和镀锌量的限制以及接地网排流的作用，阴极保护是针对金属电化学腐蚀而采用的最为有效的保护方法，阴极保护可以弥补涂层的不足。目前阴极保护比较流行的方案是采用牺牲阳极法^[3]。阴极保护设备和附件的电气寿命为≥20年，保护期间接地电阻不因腐蚀而增加。

结语

总而言之，通过有效的技术措施和管理措施保证风电场接地网接地电阻达到设计规范要求，保障设备及人身安全，这将是整个风电建设工程中重要的一环。

（作者单位：中广核新能源投资（深圳）有限公司湖北分公司）