智能接地監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)在水電站和風(fēng)電場(chǎng)的應(yīng)用

安 東， 李 峰， 陳 煒， 龔 震

(1.重慶云能發(fā)電有限公司，重慶 云陽(yáng) 404500；2.成都云通泰和科技有限公司，四川 成都 610041)

智能接地監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)在水電站和風(fēng)電場(chǎng)的應(yīng)用

安 東1， 李 峰2， 陳 煒2， 龔 震2

(1.重慶云能發(fā)電有限公司，重慶 云陽(yáng) 404500；2.成都云通泰和科技有限公司，四川 成都 610041)

目前，水電站、風(fēng)電場(chǎng)的防雷接地的測(cè)試，多為當(dāng)?shù)貧庀笾鞴懿块T每年進(jìn)行一次年度測(cè)試，這個(gè)測(cè)試結(jié)果只能反映測(cè)試當(dāng)時(shí)的防雷接地情況。智能接地監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)對(duì)接地各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和超標(biāo)預(yù)警，促進(jìn)了運(yùn)行大數(shù)據(jù)化、智能化，形成了設(shè)施運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，方便了基礎(chǔ)設(shè)施管理維護(hù)，及時(shí)消除了潛在隱患，提高了設(shè)備運(yùn)行水平，保證了設(shè)備及人員安全，同時(shí)為后續(xù)相關(guān)設(shè)施設(shè)備建設(shè)提供了理論參考依據(jù)。

接地電阻；智能預(yù)警系統(tǒng)；水電站；風(fēng)電場(chǎng)

0 引 言

智能接地監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)將接地網(wǎng)接地電阻、土壤地質(zhì)情況等與接地相關(guān)的安全因素全方位監(jiān)測(cè)起來(lái)，實(shí)現(xiàn)隱患預(yù)警。該系統(tǒng)適用于長(zhǎng)期定點(diǎn)對(duì)接地網(wǎng)的監(jiān)測(cè)，具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)接地電阻、土壤電阻率、土壤環(huán)境溫度、土壤環(huán)境濕度、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)分析接地電阻狀態(tài)變化等功能，實(shí)現(xiàn)多工作站集中管理，軟件分級(jí)監(jiān)控，自動(dòng)預(yù)警，操作簡(jiǎn)單，用戶可實(shí)時(shí)了解接地網(wǎng)狀態(tài)，及時(shí)了解設(shè)備接地是否穩(wěn)定可靠，是否存在安全隱患，對(duì)接地故障進(jìn)行提前預(yù)警來(lái)降低或消除設(shè)備、人身安全隱患。

智能接地監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)在2016年4月-2017年5月在國(guó)電大渡河某水電站的應(yīng)用；

智能接地監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)在2016年6月-2017年7月在四川某風(fēng)電場(chǎng)的應(yīng)用。

1 成果分析

1.1 在水電站的應(yīng)用

1.1.1 測(cè)試典型數(shù)據(jù)

該水電站位于大渡河沿岸，其地網(wǎng)分為水下接地網(wǎng)和土壤中接地網(wǎng)兩部分。本文選取2016年8月的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)用于觀察分析。測(cè)試周期設(shè)定為每天測(cè)試一次，數(shù)據(jù)如下：

A. 8.31～8.15接地電阻值：.46/0.46/0.45/0.45/0.45/0.45/0.46/0.46/0.46/0.46/0.68/0.68/0.46/0.45/0.45/0.45；

B.土壤電阻率測(cè)試值：365.9/365.8/365.3/365.8/365.8/365.1/367.5/367.2/366.2/369.5/369.1/368.6/367.9/367.5/367.5/366.2/366.2；

C.土壤濕度測(cè)試值：38.9/38.9/38.7/37.9/37.4/37.4/35.9/36.4/36.6/36.6/37.2/37.4/37.7/38.2/37.8/38.5/38.5；

D.土壤溫度測(cè)試值：17.6/18.5/18.6/19.6/19.7/20.5/21.4/22.6/21.5/21.6/21.6/20.6/21.5/20.5/19.5/19.6；

E.天氣情況：中雨/中雨/中雨/小雨/陣雨/中雨/小雨/多云/陣雨/陣雨/多云/多云/多云/小雨/小雨/小雨/小雨；

1.1.2 曲線生成

軟件可自動(dòng)生成接地電阻、土壤電阻率、土壤溫度、土壤濕度測(cè)試結(jié)果圖形，如下：

1.1.3 數(shù)據(jù)分析

1.1.3.1 接地電阻波動(dòng)

從上面觀察數(shù)據(jù)及圖1可以看出，該水電站接地電阻基本維持穩(wěn)定，8月20日及8月21日除外。經(jīng)查8月20日及8月21日智能接地監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)發(fā)生報(bào)警，報(bào)警原因?yàn)榻拥仉娮柚党瑯?biāo)。

圖1 接地電阻變化曲線

圖2 土壤電阻率變化曲線

圖3 土壤溫度變化曲線

圖4 土壤濕度變化曲線

發(fā)生報(bào)警后，現(xiàn)場(chǎng)工作人員及時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行排查，最終找出了報(bào)警原因：在此2天內(nèi)，電站在進(jìn)行新增電纜施工，開(kāi)挖埋設(shè)溝槽時(shí)，致使部分接地裝置裸露在外，是導(dǎo)致接地電阻增大，發(fā)生報(bào)警的原因，及時(shí)將其恢復(fù)，測(cè)試結(jié)果正常。從上圖1，可以直觀的反應(yīng)出接地電阻值變化情況。

1.1.3.2 土質(zhì)因素

從圖1及圖2可以看出，該水電站的接地電阻穩(wěn)定與土壤電阻率的變化無(wú)明顯關(guān)聯(lián)變化。原因是：本次測(cè)試的是水電站周圍土壤的電阻率，其變化受降雨及土壤的濕度影響，而本站水下地網(wǎng)面積大，水的電阻率較為穩(wěn)定，使接地電阻基本維持穩(wěn)定，因此接地電阻值與土壤電阻率的變化呈現(xiàn)出非關(guān)聯(lián)的變化。

1.1.3.3 土壤環(huán)境因素

土壤環(huán)境因素主要包含兩方面的內(nèi)容：土壤濕度和土壤溫度。其中尤以土壤濕度因素為主。從圖2、圖4可以看出，土壤電阻率隨土壤濕度的增加而降低，隨土壤濕度的減小而升高，同時(shí)該水電站土壤電阻率、土壤溫濕度變化幅度較小，主要是因?yàn)樗娬舅Y源豐富，土壤中的含水量等基本穩(wěn)定，受其變化量影響小。

綜上可知，水電站(特別是含有水下地網(wǎng))正常情況下接地電阻基本維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，當(dāng)由于受外界因素(擴(kuò)容修建、水土流失、電化學(xué)腐蝕等)的影響，時(shí)而會(huì)有接地電阻值跳變的情況，這種情況應(yīng)及時(shí)找出引起跳變的原因并及時(shí)處理，確保設(shè)備、人身安全。因此對(duì)水電站接地情況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)十分有必要。

1.2 在風(fēng)電場(chǎng)的應(yīng)用

1.2.1 測(cè)試典型數(shù)據(jù)

該風(fēng)電場(chǎng)位于四川廣元市，風(fēng)機(jī)沿山脊分布，且風(fēng)機(jī)屬高建筑，極易遭受雷擊。風(fēng)機(jī)所處位置地表有一層薄土，其下層為巖石，巖石的保水性差，土質(zhì)條件惡劣。在該風(fēng)機(jī)安裝智能接地監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)用于及時(shí)了解風(fēng)機(jī)的接地電阻及其它接地相關(guān)安全因素的變化。本文選取2017年6月的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)用于觀察分析。測(cè)試周期設(shè)定為每天測(cè)試一次，數(shù)據(jù)如下：

A.6.30～8.15接地電阻值：2.70/2.84/2.72/2.68/2.61/2.56/2.54/2.55/2.54/2.56/2.60/

2.32/2.33/2.34/2.39；

B.土壤電阻率測(cè)試值：550.7/565.9/550.8/541.9/521.3/514.2/507.6/508.9/506.8/512.3/520.7/486.1/485.7/487.8/490.4；

C.土壤濕度測(cè)試值：21.3/20.8/22.4/23.1/27.3/29.6/30.2/29.4/30.2/29.4/30.3/29.8/28.6/30.6/31.2/30.6/29.8；

D.土壤溫度測(cè)試值：20.1/19.6/19.7/21.0/21.4/19.4/22.1/20.8/19.9/20.7/20.7/19.7/19.4/18.7/17.8；

E.天氣情況：小雨/陰/陰/多云/多云/多云/小雨/陰/小雨/小雨/多云/陰/小雨/小雨/多云；

1.2.2 曲線生成

軟件可自動(dòng)生成接地電阻、土壤電阻率、土壤溫度、土壤濕度測(cè)試結(jié)果圖形，如下：

圖5 接地電阻變化曲線

圖6 土壤電阻率變化曲線

圖8 土壤濕度變化曲線

1.2.3 數(shù)據(jù)分析

眾所周知，接地電阻受土質(zhì)、天氣條件、地網(wǎng)接地體長(zhǎng)度、接地極數(shù)量、埋設(shè)深度、材質(zhì)、接地體形狀、地網(wǎng)結(jié)構(gòu)、接地體埋設(shè)時(shí)間等多個(gè)因素影響。對(duì)于已安裝完成的接地網(wǎng)，接地電阻的變化主要受土壤電阻率的變化、天氣條件變化的影響大。

1.2.3.1 降雨因素

從第二組數(shù)據(jù)可以看出，降雨時(shí)，接地電阻、土壤電阻率呈減小的趨勢(shì)，土壤濕度呈增加趨勢(shì)；特別是大雨時(shí)，接地電阻、土壤電阻率降低明顯，主要原因是雨量充足，雨水滲透表層土壤，滲透入地下巖石，巖石吸水后，其導(dǎo)電性迅速增加，使得接地電阻和土壤電阻率減??；降雨停止，天氣轉(zhuǎn)晴，巖石水分流失，使得土壤導(dǎo)電性急劇降低，接地電阻、土壤電阻率增大。

1.2.3.2 土質(zhì)因素

對(duì)比圖5、圖6可以看出，接地電阻與土壤電阻率基本成正線性變化趨勢(shì)。土壤電阻率降低，接地電阻值變小，當(dāng)土壤電阻率降為最低值時(shí)，接地電阻值出現(xiàn)最低；當(dāng)土壤電阻率升高為最大值時(shí)，接地電阻值出現(xiàn)最大值。

1.2.3.3 土壤環(huán)境因素

土壤環(huán)境因素主要包含兩方面的內(nèi)容：土壤濕度和土壤溫度。其中尤以土壤濕度因素為主。土壤對(duì)比圖5、圖6、圖7可以看出，接地電阻、土壤電阻率隨土壤濕度的增加而減小。

1.2.3.4 風(fēng)機(jī)接地電阻波動(dòng)

從圖5可以看出，該風(fēng)機(jī)在本月的接地電阻值波動(dòng)較大。主要是由于風(fēng)機(jī)安裝于山脊，其土質(zhì)條件惡劣，無(wú)法鎖住水分，高海拔天氣突變多，原地網(wǎng)施工時(shí)未加入吸水、保水的措施，導(dǎo)致接地電阻不穩(wěn)定，幅值變化大，不利于風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行生產(chǎn)。因此對(duì)風(fēng)機(jī)的接地電阻進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)十分有必要。

綜上可知，受風(fēng)機(jī)所處位置環(huán)境因素的變化，風(fēng)機(jī)的接地電阻值會(huì)發(fā)生較大的波動(dòng)，很難維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的接地狀態(tài)。而良好的接地是保證雷擊過(guò)程中風(fēng)電機(jī)組安全的必備條件。接地作為整個(gè)防雷系統(tǒng)和設(shè)備正常工作最重要的環(huán)節(jié)，其效果的好壞直接關(guān)系到整個(gè)防雷系統(tǒng)的效果和設(shè)備工作穩(wěn)定性。因此對(duì)風(fēng)機(jī)的接地電阻進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)十分有必要。

2 效 益

2.1 實(shí)時(shí)效益

目前，對(duì)防雷裝置的檢測(cè)，多為氣象部門每年進(jìn)行一次年度測(cè)試，這個(gè)測(cè)試結(jié)果只能反映測(cè)試當(dāng)時(shí)的防雷裝置運(yùn)行情況，由于防雷裝置的運(yùn)行受到多方面的影響，這種一年一次的測(cè)試結(jié)果很難準(zhǔn)確地反映出防雷裝置的變化趨勢(shì)，而只能作為對(duì)防雷裝置運(yùn)行情況的一般參考。智能接地監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)的接地電阻、接地電阻超標(biāo)報(bào)警、接地電阻隨天氣、季節(jié)、溫度、濕度、時(shí)間的波動(dòng)情況。

2.2 技術(shù)效益

目前風(fēng)機(jī)的檢測(cè)多為人工檢測(cè)，檢測(cè)人員需經(jīng)過(guò)專業(yè)培訓(xùn)，投入的人工成本高，檢測(cè)結(jié)果受人為因素的影響較大，而智能接地監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)測(cè)，可排除人為影響，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)防雷裝置運(yùn)行情況，防雷接地故障進(jìn)行提前預(yù)警來(lái)降低或消除設(shè)備、人身安全隱患極為迫切。

2.3 預(yù)防效益

目前防雷方面的安全事故，都是在事發(fā)后進(jìn)行整改補(bǔ)救，沒(méi)有在事前進(jìn)行預(yù)防。這種情況帶來(lái)了許多安全事故、造成了較大經(jīng)濟(jì)損失。智能接地監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)將接地網(wǎng)接地電阻、土壤地質(zhì)情況等，與接地相關(guān)的安全因素全方位監(jiān)測(cè)起來(lái)，用戶可實(shí)時(shí)了解接地網(wǎng)狀態(tài)，及時(shí)了解設(shè)備接地是否穩(wěn)定可靠，是否存在安全隱患，在監(jiān)測(cè)到接地不良及接地電阻超標(biāo)時(shí)，立即提示出現(xiàn)安全隱患，啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，中止危險(xiǎn)作業(yè)，進(jìn)行人員疏散等，防止和減少接地因素帶來(lái)的危害，保護(hù)人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全，做到事前預(yù)警。

2.4 建設(shè)規(guī)劃效益

經(jīng)年累月的大數(shù)據(jù)積累，圖形化、智能化測(cè)試結(jié)果分析，精準(zhǔn)的防雷裝置運(yùn)行情況預(yù)判，為后續(xù)風(fēng)機(jī)防雷建設(shè)提供重要參考依據(jù)。

3 結(jié) 語(yǔ)

目前，水電站、風(fēng)電場(chǎng)的防雷接地的測(cè)試，多為當(dāng)?shù)貧庀笾鞴懿块T每年進(jìn)行一次年度測(cè)試，這個(gè)測(cè)試結(jié)果只能反映測(cè)試當(dāng)時(shí)的防雷接地情況。由于防雷接地裝置包含多個(gè)系統(tǒng)(如直擊雷、等電位連接、接地、浪涌保護(hù)等系統(tǒng))，這些系統(tǒng)受到多方面的影響，這種一年一次的測(cè)試結(jié)果很難準(zhǔn)確地反映出防雷裝置的的變化趨勢(shì)，而只能作為對(duì)防雷裝置情況的一般參考。如果單純依靠增加測(cè)試次數(shù)，來(lái)及時(shí)了解設(shè)備防雷接地情況，將會(huì)加大人力及經(jīng)費(fèi)投入。如果測(cè)試時(shí)碰巧遇到天氣情況突變，將會(huì)帶來(lái)人身安全隱患。

接地是一切電氣工程的基礎(chǔ)。良好的接地是設(shè)備正常運(yùn)行、人身安全的重要保證。接地受土質(zhì)條件、氣象條件影響極大，接地電阻會(huì)出現(xiàn)大幅度的波動(dòng)，因此，對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警十分有必要。

智能接地監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)是一款將接地網(wǎng)接地電阻、土壤地址情況等，與接地相關(guān)的安全因素全方位監(jiān)測(cè)起來(lái)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、報(bào)警、管理的系統(tǒng)。本系統(tǒng)適用于長(zhǎng)期定點(diǎn)對(duì)接地網(wǎng)的監(jiān)測(cè)，具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)接地電阻、土壤電阻率、土壤環(huán)境溫度、土壤環(huán)境濕度、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)分析接地電阻狀態(tài)變化等功能，實(shí)現(xiàn)多工作站集中管理，軟件分級(jí)監(jiān)控，自動(dòng)預(yù)警，操作簡(jiǎn)單，用戶可實(shí)時(shí)了解接地網(wǎng)狀態(tài)，及時(shí)了解設(shè)備接地是否穩(wěn)定可靠，是否存在安全隱患等。

智能接地監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)對(duì)接地各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和超標(biāo)預(yù)警，促進(jìn)了運(yùn)行大數(shù)據(jù)化、智能化，形成了設(shè)施運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，方便了基礎(chǔ)設(shè)施管理維護(hù)，及時(shí)消除了潛在隱患，提高了設(shè)備運(yùn)行水平，保證了設(shè)備及人員安全，同時(shí)為后續(xù)相關(guān)設(shè)施設(shè)備建設(shè)提供了理論參考依據(jù)。

安 東(1972- )，男，重慶忠縣人，重慶電力高等?？茖W(xué)校電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)，電力工程師，從事安全生產(chǎn)管理工作；

李 峰(1984- )，男，四川廣漢人，成都信息工程大學(xué)電子信息工程專業(yè)，工程師，從事安全管理工作；

陳 煒(1986- )，男，四川雙流人，成都信息工程大學(xué)電子信息工程專業(yè)，工程師，從事防雷技術(shù)研發(fā)工作；

龔 震(1978- )，男，四川廣元人，電子科技大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)，工程師，從事能源系統(tǒng)防雷技術(shù)研發(fā)工作.

(責(zé)任編輯：卓政昌)

成都將再建7座垃圾發(fā)電設(shè)施 2019年底“零填埋”

繼青白江祥福、雙流九江、龍泉驛萬(wàn)興環(huán)保發(fā)電廠后，成都將再建7座大型生活垃圾焚燒發(fā)電設(shè)施，確保到2019年底基本實(shí)現(xiàn)全市原生生活垃圾“零填埋”目標(biāo)。8月7日，成都市政府常務(wù)會(huì)議審議通過(guò)《成都市垃圾處理設(shè)施三年推進(jìn)方案(送審稿)》(以下簡(jiǎn)稱《方案》)，提出用三年時(shí)間實(shí)現(xiàn)生活垃圾焚燒率達(dá)90%、生活垃圾無(wú)害化處理率達(dá)100%的目標(biāo)。

2017- 08- 02

TP212.6；U225.4+5；E926.37

B

1001- 2184(2017)04- 0116- 04