風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組接地技術(shù)

張晶，葉楊，張曉梅，王繹，陳冰，劉偉

(中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，昆明 650051)

1 風(fēng)電場(chǎng)概述

風(fēng)電場(chǎng)高程在2 800 m～3 300 m 之間，場(chǎng)址面積約18.97 km2。風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址位置共有1 500 kW 風(fēng)機(jī)33 臺(tái)，每臺(tái)風(fēng)機(jī)配1 臺(tái)箱式變壓器。風(fēng)機(jī)與箱變共用1 個(gè)接地網(wǎng)，每臺(tái)風(fēng)機(jī)、箱變的接地網(wǎng)有單獨(dú)的設(shè)計(jì)方案，要求接地電阻值不大于4 Ω。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料分析，該風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)地的第四系覆蓋層厚度0.3 m～22.4 m，場(chǎng)區(qū)基巖巖性以灰?guī)r、白云巖、灰質(zhì)白云巖、砂巖、粉砂巖為主，坡、殘積層巖性主要為粘土或碎石土。由于地處山頂部位，基巖風(fēng)化不完全，坡、殘積層中普遍夾有含量不等的碎石，再結(jié)合場(chǎng)地土層結(jié)構(gòu)及力學(xué)性質(zhì)，判定場(chǎng)地土的類(lèi)型主要為中硬土;場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)。

風(fēng)電場(chǎng)各機(jī)位的電阻率差異較大，大概分為以下幾個(gè)區(qū)間段，見(jiàn)表1。

表1 風(fēng)機(jī)機(jī)位電阻率

2 接地設(shè)計(jì)概述

2.1 風(fēng)機(jī)接地網(wǎng)

單臺(tái)風(fēng)電機(jī)接地裝置采用以風(fēng)機(jī)中心為圓心設(shè)置環(huán)形水平接地體，即在距基礎(chǔ)地網(wǎng)邊沿9 m(或距以風(fēng)機(jī)中心為圓心半徑16 m)處，設(shè)置一圈接地均壓環(huán)，在該均壓環(huán)上每隔約10 米打一根Ф50 厚壁鋼管，共10 根(局部遇到巖石處，以打到巖石為止)，從風(fēng)機(jī)塔筒內(nèi)部接地裝置引出4根接地線(xiàn)與接地均壓環(huán)可靠連接。

圖1 單臺(tái)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)接地網(wǎng)示意圖

2.2 風(fēng)機(jī)接地網(wǎng)的接地電阻計(jì)算

其中:

R0為地網(wǎng)接地電阻值

S 為地網(wǎng)面積

ρ 為土壤電阻率

計(jì)算后若R0＜4 Ω，則滿(mǎn)足要求。若R0≥4 Ω，則采用外引接地線(xiàn)并敷設(shè)電解接地極的方式進(jìn)一步處理，以降低接地電阻。

2.3 電解接地極的設(shè)計(jì)計(jì)算

對(duì)于高土壤電阻率的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)向外輻射接地線(xiàn)和埋設(shè)離子電解地極方式來(lái)進(jìn)行降低接地電阻值。原理是通過(guò)電解地極的電解質(zhì)向地表深層和四周的泄放，就可將四周大范圍內(nèi)的土壤進(jìn)行改善，降低了這一范圍內(nèi)的土壤電阻率，這樣使得基礎(chǔ)地網(wǎng)的接地電阻大幅度下降。

電解地極可向四周及縱深方向滲透電解質(zhì)，采用電解地極替代降阻劑降低土壤電阻率的辦法，即可克服降阻劑存在的腐蝕性大，污染水源，電阻不穩(wěn)定，易隨天氣干燥而上升，壽命短的缺點(diǎn)。

2.3.1 外引接地線(xiàn)長(zhǎng)度計(jì)算

根據(jù)等效半球體接地電阻的計(jì)算方法，計(jì)算出半球半徑即為我們需要外引接地線(xiàn)的長(zhǎng)度。

其中:

r 為等效接地半徑

R 為接地電阻目標(biāo)值

ρ 為土壤電阻率

外引接地線(xiàn)的敷設(shè)長(zhǎng)度需不小于等效接地半徑r。即:自風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)地網(wǎng)外圈分別向四周外延接地線(xiàn)，外延接地線(xiàn)的延生長(zhǎng)度需超出半球半徑r 的范圍。

2.3.2 電解接地極的敷設(shè)數(shù)量計(jì)算

地極數(shù)量按以下公式計(jì)算

從基礎(chǔ)地網(wǎng)接地電阻值降到4 歐姆所需要的電解地極數(shù)量:

其中:

R 為地網(wǎng)設(shè)計(jì)接地電阻;

ρ 為土壤電阻率;

k 為系數(shù)

當(dāng):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

即可計(jì)算出不同土壤電阻率的風(fēng)電場(chǎng)所需要電解地極數(shù)量。

3 接地竣工方案概述

該風(fēng)電場(chǎng)33 臺(tái)風(fēng)機(jī)接地網(wǎng)竣工圖，均采用了外沿接地網(wǎng)并敷設(shè)接地極的形式。受風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際地形的限制，33 臺(tái)風(fēng)機(jī)接地網(wǎng)竣工圖主要可劃分為兩種方案。

方案一:從基礎(chǔ)接地網(wǎng)引出1 條外引接地線(xiàn)，并在外引接地線(xiàn)上均勻敷設(shè)接地極。

方案二:從基礎(chǔ)接地網(wǎng)引出2 條外引接地線(xiàn)，并在外引接地線(xiàn)上均勻敷設(shè)接地極。

該風(fēng)電場(chǎng)采用外引接地線(xiàn)并敷設(shè)電解接地極的方式處理的風(fēng)機(jī)，竣工后實(shí)測(cè)電阻值均優(yōu)于目標(biāo)值得要求，

4 結(jié)束語(yǔ)

在土壤電阻率較大，風(fēng)機(jī)接地電阻值很難滿(mǎn)足要求時(shí)，根據(jù)地形條件在合適位置采用1 至2回外引接地線(xiàn)并在外引接地線(xiàn)上均勻敷設(shè)電解地極的方式，能取得較好的效果。

［1］李冬根 等效半球接地體3D 0.618 法

［2］物理學(xué) 高等教育出版社1959 年版