高土壤電阻率山地風電工程接地裝置施工探討

涂 曉

(江蘇省宏源電力建設監(jiān)理有限公司，江蘇 南京 210024)

高土壤電阻率山地風電工程接地裝置施工探討

涂 曉

(江蘇省宏源電力建設監(jiān)理有限公司，江蘇 南京 210024)

結(jié)合某風電場工程的實際情況，提出了該風電工程中接地布置的設計要求，并針對接地裝置的施工難點提出了具體的解決措施，有利于保證接地裝置的施工質(zhì)量，維護電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

風電場，接地裝置，電阻率，土壤

近年來我國風電產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，風電裝機容量不斷提升，經(jīng)過多年的大規(guī)模建設，沿海及“三北”等地理條件相對優(yōu)越地區(qū)風電開發(fā)已趨于飽和，逐漸轉(zhuǎn)向內(nèi)陸、山地丘陵等地區(qū)。相對而言，該類地區(qū)地質(zhì)條件不甚理想，給風電場建設過程中接地裝置施工帶來不小挑戰(zhàn)。本文通過中電投徐州賈汪風電場接地裝置施工過程中經(jīng)驗總結(jié)，探討切實可行的降阻措施。

1 工程概況

1.1 地理條件

該風電場位于江蘇徐州賈汪區(qū)，場址內(nèi)海拔高度在30 m～150 m，場址南北長約13.8 km，東西寬約12.3 km。風電場內(nèi)建設110 kV升壓站一座，電壓等級110 kV/35 kV，主變?nèi)萘?0 MVA，實際建設38臺單機容量為2 MW風機，每臺風機配置箱式變壓器1臺，經(jīng)4回35 kV集電線路送至升壓站。

根據(jù)工程地質(zhì)勘探結(jié)果，地基巖土自上而下劃分為2個巖土體單元，分述如下：

場址區(qū)域地下水穩(wěn)定水位埋深一般大于5.00 m。

1.2 設計要求

風電工程一般劃分為風力發(fā)電機組、升壓站、集電線路、建筑、交通五個單位工程，其中涉及接地裝置施工的有升壓站、集電線路及風力發(fā)電機組三個單位工程，本工程中接地布置設計如下：

升壓站區(qū)域地下主接地網(wǎng)設計為水平接地體采用-60×8鍍鋅扁鐵，敷設成約8 m×8 m網(wǎng)格，埋設深度大于0.8 m；垂直接地極采用L=2.5 m鍍鋅角鋼，頂部標高-0.8 m埋設，全廠共布置47根，接地電阻值要求不大于0.463 Ω。

集電線路工程共包含線路鐵塔167基，鐵塔接地網(wǎng)設計采用φ12圓鋼沿基礎周圍敷設一圈并通過4根引上線與鐵塔柱腳相連，接地電阻值要求不大于10 Ω。

風機區(qū)域地下主接地網(wǎng)設計為水平接地體采用-60×8鍍鋅扁鐵沿風機基礎與箱變基礎周圍敷設，埋設深度大于0.8 m；垂直接地體為6根L=2.5 m熱鍍鋅角鋼，頂部標高-0.8 m埋設，接地電阻值要求不大于4 Ω。

2 接地裝置施工難點及采取措施

2.1 施工難點

本工程屬于山地風電，升壓站地處山腳，場址經(jīng)爆破回填而來，回填土中碎石塊較多，且根據(jù)地質(zhì)勘探結(jié)果，垂直接地體鉆孔深度已到達層灰?guī)r層。根據(jù)設計圖紙要求施工，并在接地體周圍灌注降阻劑后以凈土回填，施工完畢后經(jīng)接地電阻測試，接地電阻值為1.12 Ω，無法滿足要求。

本工程38臺風機及絕大多數(shù)線路鐵塔布置在山上，多石少土，施工完畢后經(jīng)測試，風機區(qū)域接地電阻值少數(shù)符合設計要求，一般在4 Ω～10 Ω間，部分超過十幾歐姆；集電線路鐵塔接地約半數(shù)符合要求，接地電阻值一般在20 Ω以內(nèi)，但第二回路有十幾基及部分位于半山腰區(qū)域，鐵塔接地電阻值明顯偏高，甚至達到50 Ω。根據(jù)接地電阻測試報告，風機及線路鐵塔接地電阻值與所處區(qū)域地質(zhì)條件密切相關，植被、土層較厚區(qū)域接地電阻值明顯表現(xiàn)較好。

2.2 采取措施

針對升壓站區(qū)域，為降低接地電阻，設計院初步建議采用新型離子接地體，但考慮到采取造價較高且施工單位無相關施工經(jīng)驗，因此采取在室外110 kV配電裝置區(qū)域增加接地模塊方式，共埋設石墨接地模塊(方形，500 mm×600 mm)30組，分3列布置，每列10組，以-60×8鍍鋅扁鋼連接后并聯(lián)至主接地網(wǎng)，共使用鍍鋅扁鋼90 m，接地模塊周圍開挖后以凈土回填，回填土共計120 m3。施工完畢后經(jīng)測試，接地電阻為0.99 Ω，降低11%，降阻效果不理想。為進一步降低接地電阻，經(jīng)各方討論后采取機械打井約50 m深至地下含水層，垂直埋設兩根熱鍍鋅鋼管，通過-60×8鍍鋅扁鋼與主接地網(wǎng)相連，共打井2眼，并灌注降阻劑共2 t。施工完畢后經(jīng)測試，接地電阻值為0.16 Ω，降低84%，降阻效果非常理想，滿足設計及規(guī)范要求。

針對風機及集電線路部分，經(jīng)分析并參照當?shù)氐刭|(zhì)條件后，采取措施如下：1)對接地電阻不滿足要求的風機區(qū)域加裝接地模塊；2)線路區(qū)域增加接地模塊，部分將接地網(wǎng)向外延伸，條件允許地區(qū)盡量向農(nóng)田延伸；3)將風機區(qū)域接地網(wǎng)與距離風機最近線路鐵塔接地網(wǎng)連接，因線路基礎接地已與鐵塔相連，各鐵塔又通過頂端避雷線連接，相當于風機與線路接地網(wǎng)形成整體；4)接地體上澆筑降阻劑。施工完畢后經(jīng)測試，降阻效果較為明顯，風機與線路鐵塔接地電阻基本能滿足設計及規(guī)范要求，對于極少數(shù)采取降阻措施后仍無明顯效果的根據(jù)規(guī)范要求敷設放射形接地極向外延伸。

3 結(jié)語

在高土壤電阻率地區(qū)，在接地電阻值很難達到要求時，一般可采取的降阻措施包括：敷設引外接地網(wǎng)或向外延伸接地體至附近有較低電阻率的土壤，采用井式或深鉆式深埋接地體至地下較深處的土壤電阻率較低區(qū)域，填充電阻率較低的物質(zhì)或灌注降阻劑以改善土壤傳導性能，敷設水下接地網(wǎng)并采用不少于2根導體在不同地點與接地網(wǎng)連接，采用電解離子接地極等新型接地裝置，采用多層接地措施[1]等。

在本工程中，對于升壓站區(qū)域，場址原始地貌以巖石為主，土壤電阻率較高，原始設計方案是在站內(nèi)封閉區(qū)域內(nèi)敷設接地網(wǎng)，盡管采取接地體周圍灌注降阻劑并回填凈土等措施，但未根本改變站內(nèi)總體土壤電阻率較高的事實，因此降阻效果不明顯，如若全廠換土成本較高，且限于當?shù)氐刭|(zhì)條件取土不便。而采用機械打井至地下含水層的方式，一方面引入土壤深處低電位，另一方面利用土壤深處含水層電阻率較低，大幅提高電流的散流能力，因此降阻效果非常明顯。相比較將接地網(wǎng)延伸至附近農(nóng)田的方式，站內(nèi)打井施工方便、工程量較小且便于日后維護。

對于風機與集電線路部分，針對各地區(qū)地質(zhì)條件情況分別采取增加接地模塊、灌注降阻劑以及將向外延伸接地體等措施，均能在一定程度上降低接地電阻值。同時將風機與線路接地網(wǎng)連接為整體，擴大接地網(wǎng)面積，對降低整體電阻值大有裨益。在機組投入運行一年后選取了比較具有典型性的線路轉(zhuǎn)角塔以及與風力發(fā)電機組直接相連的終端塔接地電阻進行測試，共測試了約40基，基本均能滿足設計要求，證明所采取的降阻措施有效可行。

本工程中綜合采用向外延伸接地體至附近有較低電阻率的土壤，采用井式接地體至地下較深處的土壤電阻率較低區(qū)域，灌注降阻劑以改善土壤傳導性能等措施，最終測試結(jié)果表明降阻措施有效、效果明顯，對機組投入運行后各項設備穩(wěn)定運行提供了堅強的保障。在高土壤電阻率地區(qū)接地裝置施工前，應充分認識到可能遇到的施工難點，提前分析策劃，施工過程中積累總結(jié)經(jīng)驗，靈活運用各種降阻措施，切實保證接地裝置施工質(zhì)量。

[1] GB 50169—2006，電氣裝置安裝工程 接地裝置施工及驗收規(guī)范[S].

Abstract: Combining with the fact at some wind power project, the paper points out the design requirements for the grounding allocation of the wind power projects, and points out the solutions according to the construction difficulties of the grounding equipment, so as to ensure the construction quality of the equipment, and maintain the stable operation of the power system.

Key words: wind power station, grounding equipment, power resistivity, soil

On grounding equipment construction of wind power stations at mountains with high earth resistivity

Tu Xiao

(JiangsuHongyuanPowerConstructionInspectionCo.,Ltd,Nanjing210024,China)

2016-03-13

涂 曉(1991- )，男，助理工程師

1009-6825(2016)15-0108-02

TU856

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