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浅谈风力发电场防雷接地技术

发布于：2022-12-06 13:36:06 来自：电气工程/电气工程原创版块 [复制转发]

知识点：风电机组防雷接地

雷击是影响风电机组乃至整个风电场安全运行的重要因素，因此对风电场防雷接地研究具有重要的现实意义。

一、风力发电场机组接地要求

1.接地装置材料的选择

一般来说，风力发电机组接地装置都是由结构钢制作而成，但如果土壤电阻率相对较高，应该及时采取有效的方法，应用特殊的接地装置材料，诸如长效防腐降阻剂等。选择材料的时候必须仔细检查材料，不能有粗细不均或锈蚀的现场。垂直安装的接地体一般是由钢管或角钢制作而成，角钢制作接地体具有成本低、制作过程便捷等特点，但散流效果不够理想。所以针对土壤电阻率较高的地区，接地装置通常是由钢管制作而成，钢管制作而成的接地装置具有更长的使用寿命，具有较好的防腐效果。

2.技术要求

（1）所有风电机完成接地网施工后必须单独进行电阻值的测试。一旦发现测试结果不理想，立即按照涉及要求进行完善。

（2）控制接地体埋深和施工最终夯实地面的距离>1.0m，接地体完成买入后，必须进行分层夯实。

（3）不管是接地体和引线之间，还是接地体之间，都必须做好防腐处理工作。

（4）为了对接地装置进行检测，需要设置测量井。

（5）在进行直埋电缆沟内施工的过程中，应该格外注意电缆的保护。

二、风电场接地系统结构

同其他的电力系统一样，风力发电系统必须接地，从而在电气设备和大地之间建立起低阻抗的电气贯通，以确保机组的可靠运行。风力发电接地系统除了必须考虑电力系统故障时的性能外，还必须考虑其作为防雷保护系统的专用功能。由于风电机组多处于山区、沙地，这些地区的土壤电阻率通常较高。当风电机组遭受雷击后，强大的冲击电流沿着塔筒流动，最终经接地装置泄散入地。在这一暂态过程中，由于接地装置接地电阻的存在，地电位将被大大的抬高，有可能产生危险的接触电压和跨步电压。此外，在电力电缆各导体和屏蔽层间以及风机变压器的高压绕组和低压绕组间都有可能产生很大的电压差。此电压差可能击穿电缆或变压器绕组的绝缘，损坏塔内安装的电子和电气设备还有可能损坏远处的风机，从而危及系统的安全稳定运行，因此分析接地装置的暂态特性是十分必要的。雷电流都是通过风电机本身的防雷装置，最终将电流引入接地装置，并流向大地。因此，风力发电机基础必须做好接地措施。风电场内雷电防护系统接地方式一般有两种：一种是由水平接地体和垂直接地体组成接地体；另一种是采用环形接地带，第三种则是由水平接地环和垂直接地体组成的接地体。实践证明采用适当尺寸的环形电极与垂直电极相组合可得到高效、低成本的风电机组防雷保护系统。根据规程要求，工频接地电阻应。因此，考虑将箱变接地网与风机接地网可靠连接成为一个整体，但由于本地区土壤电阻率高，单台风电机的工频电阻，因此，需要根据地形情况，适当延伸单台风电机接地网或可靠连接附近风电机的接地网，以形成几个局部的接地网，使每个接地网均满足规程要求，最终满足箱式变电站工频电阻的要求。

三、降低风力发电机组接地装置接地电阻技术对策

1.人工处理土壤。为了提高接地体周围土壤的导电性，将食盐、电石渣、木炭等化学物质加入接地体周围土壤中。这种方法虽然较为经济，但土壤经过人工处理后，接地的热稳定性以及耐腐蚀性同样会受到影响。所以，除非有特殊要求，否则不能应用人工处理土壤的方法。

2.深理接地极。如果不能凭借增大接地网水平尺寸降低流散电阻，加上接地周围土壤不够均匀，地下较深的土壤具有较低的电阻率，那么可以应用深埋接地极的方法降低接地电阻值。这种方法对于含砂土壤具有显著效果。这种方法虽然不用考虑土壤的状态造成电阻系数的增加，但施工难度较大，造假相对较高，土方开挖面积较大，如果是岩石地带施工，十分困难。

3.多支外引式接地装置。在接地装置附近，如果存在导电性较好的水源或电阻率较低的土壤，可以铺设水下接地网，旨在降低电阻。但在实际设计和安装的过程中，应该充分考虑连接接地极干线自身电阻的实际影响，一般要求外引式接地极长度<100m。

4.利用接地电阻降阻剂。低电阻接地模块或者电解离子接地棒的应用不仅可以增大接地极外尺寸，还能有效降低接触电阻，但成本相对较高。电阻降阻剂都相对较细，表面有一定的活性成分存在，吸水后在土壤和接地体之间使用，可以使土壤和金属更为紧密地接触，形成的电流流通面较大，有效降低了接地电阻。不仅如此，表面有活性剂，粒度较细，吸水后施用于接地体与土壤间，能使金属与土壤紧密地接触，形成足够大的电流流通面，有效减小接地电阻；另一方面，电阻降阻剂还可以不断向接地装置周围的土壤渗透，有效降低周围土壤的电阻率，促进接地体周围可以形成低电阻率区域。降阻剂一般含有两种成分，分别是电解质和水分，这两者导电性都较强，在内部结构中，水分通过网状胶体的形式将强电解质包围。同时，网状胶体的空格会被已经水解的胶体所填充，使其不会因为地下水的原因而流失，可以长期保持良好的导电性能。目前，该方法受到了较为广泛的推广，国内使用较多的降阻剂是成都富兰克林，该降阻剂本身就是一种效果较好的导体，使用周期长，稳定性较高。

总之，在做好防雷接地系统的同时，也应该做好其他的防雷设施，保障风电机组的安全可靠运行。

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