淺談風(fēng)電場(chǎng)接地網(wǎng)存在的問(wèn)題及降低接地電阻的措施

張健

【摘 要】對(duì)于風(fēng)力發(fā)電廠來(lái)說(shuō)，接地系統(tǒng)是其必不可少的技術(shù)保證措施。接地系統(tǒng)工程的質(zhì)量好壞，直接影響到人身和設(shè)備的運(yùn)行安全。本文首先介紹了接地系統(tǒng)在風(fēng)電廠建設(shè)工程中的重要性，簡(jiǎn)要介紹了風(fēng)力發(fā)電廠接地系統(tǒng)的構(gòu)成，然后通過(guò)勘測(cè)設(shè)計(jì)、自然條件及施工質(zhì)量三個(gè)因素對(duì)接地網(wǎng)系統(tǒng)阻值偏高的原因進(jìn)行了分析，根據(jù)風(fēng)場(chǎng)接地網(wǎng)電阻偏高提出了敷設(shè)水平外延接地網(wǎng)、深埋垂直接地極、利用降阻劑、利用電解離子接地模塊、利用陽(yáng)極保護(hù)等方案，總而言之，接地網(wǎng)工程是風(fēng)電建設(shè)重要的一環(huán)，通過(guò)有效的技術(shù)措施和管理措施保證風(fēng)電場(chǎng)接地網(wǎng)接地電阻達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范要求，最終實(shí)現(xiàn)風(fēng)電廠接地系統(tǒng)的安全可靠，保障設(shè)備及人身安全。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)力發(fā)電機(jī)組;接地電阻;土壤電阻率;接地體;降阻措施;

引言

風(fēng)電場(chǎng)接地網(wǎng)作為風(fēng)電建設(shè)工程中重要的一環(huán)，其作用是無(wú)法代替的，良好的接地系統(tǒng)保障了風(fēng)電場(chǎng)設(shè)備的安全運(yùn)行，是風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)重要的考核項(xiàng)。接地電阻作為反映接地網(wǎng)系統(tǒng)好壞的重要指標(biāo)，切實(shí)了解風(fēng)電廠接地系統(tǒng)存在的問(wèn)題及掌握降低接地電阻的措施很有利于風(fēng)電場(chǎng)的工程建設(shè)質(zhì)量。

1.風(fēng)電場(chǎng)接地網(wǎng)的重要性

近些年來(lái)，伴隨著國(guó)內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)數(shù)量的不斷增多，風(fēng)電場(chǎng)接地問(wèn)題造成的安全事故屢見(jiàn)不鮮。以一個(gè)2MW風(fēng)機(jī)為例，如果其接地網(wǎng)出現(xiàn)問(wèn)題，發(fā)生雷擊事件時(shí)風(fēng)機(jī)葉片頂端的接閃器無(wú)法順利通過(guò)接地裝置將雷電引入大地，將會(huì)直接損壞葉片，而由于設(shè)備的損壞使風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電機(jī)組停止運(yùn)行，每天電量將損失約為4萬(wàn)度，間接損失多達(dá)幾萬(wàn)元;如果是在50MW的風(fēng)電廠升壓站內(nèi)，因?yàn)槔讚舻诫姎庠O(shè)備無(wú)法通過(guò)合格的接地網(wǎng)傳入大地，將每天損失幾十萬(wàn)度電，經(jīng)濟(jì)損失上百萬(wàn)。由此可以看出，完好的接地網(wǎng)不僅可以保障風(fēng)電機(jī)組、電氣設(shè)備的完好及其周?chē)藛T的人身安全，還能避免因接地問(wèn)題帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。

2.風(fēng)電場(chǎng)防雷接地系統(tǒng)

風(fēng)電場(chǎng)接地系統(tǒng)主要包含風(fēng)機(jī)及箱變接地網(wǎng)系統(tǒng)、集電線路防雷接地系統(tǒng)、風(fēng)電場(chǎng)升壓站防雷接地系統(tǒng)三個(gè)接地系統(tǒng)。

2.1風(fēng)機(jī)及箱變接地網(wǎng)系統(tǒng)

風(fēng)機(jī)及箱變接地網(wǎng)主要包括風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的接地網(wǎng)及箱變基礎(chǔ)的接地網(wǎng)，其整體構(gòu)成了一個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的接地網(wǎng)系統(tǒng)。由于風(fēng)電建設(shè)的高速發(fā)展，大機(jī)型、大容量的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組盛行，陸地風(fēng)電塔筒已達(dá)到90～100米高度，葉片長(zhǎng)度已達(dá)到將近50米，在風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，葉片頂端的接閃器最高達(dá)到了130米多，現(xiàn)如今雷擊造成的葉片損壞屢見(jiàn)不鮮，所以風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)中風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的接地網(wǎng)需要嚴(yán)控接地質(zhì)量保證接地電阻值，一般風(fēng)機(jī)接地網(wǎng)接地電阻≤4Ω。

2.2風(fēng)電場(chǎng)集電線路防雷接地系統(tǒng)

風(fēng)電場(chǎng)集電線路主要是用于對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)出的電輸送到風(fēng)電場(chǎng)升壓站內(nèi)。如果集電線路采用的是架空線路，長(zhǎng)距離輸電對(duì)于集電線路鐵塔的接地有明確的設(shè)計(jì)要求，每個(gè)鐵塔有獨(dú)立的接地系統(tǒng)，每個(gè)桿塔的接地電阻應(yīng)符合DL/T621-1997《交流電氣裝置的接地》的要求，一般土壤電阻率≤4Ω.m時(shí)，該桿塔的接地電阻應(yīng)當(dāng)不超過(guò)10Ω。

2.3風(fēng)電場(chǎng)升壓站防雷接地系統(tǒng)

升壓站是風(fēng)電場(chǎng)向電網(wǎng)輸送電能重要門(mén)戶，升壓站接地網(wǎng)主要有：主變壓器、GIS室、SVG室、35KV配電室、繼電保護(hù)室、中央控制室組成。在進(jìn)行升壓站防雷接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)符合規(guī)定的設(shè)計(jì)規(guī)范，其阻值一般不超過(guò)4Ω。

3.風(fēng)電場(chǎng)接地網(wǎng)電阻偏高原因

3.1勘探設(shè)計(jì)方面

陸地風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一般位于山區(qū)，當(dāng)?shù)刭|(zhì)為多巖石的環(huán)境時(shí)，設(shè)計(jì)人員如果僅僅根據(jù)報(bào)告套用一些現(xiàn)成的圖紙或典型設(shè)計(jì)而沒(méi)有完全實(shí)地考察，很容易造成實(shí)際與理論不符的現(xiàn)象，最終導(dǎo)致后期施工時(shí)接地電阻偏高。

3.2自然條件方面

3.2.1地質(zhì)因素

當(dāng)陸地風(fēng)電位于巖石或礦石區(qū)，復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下各層土壤的電阻率差異較大，如果不用專(zhuān)業(yè)的測(cè)試儀器并綜合考慮復(fù)雜分層的地質(zhì)環(huán)境，很容易得出錯(cuò)誤的土壤電阻率，造成接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)偏差，最終使接地電阻偏高。

3.2.2環(huán)境因素

自然環(huán)境可能對(duì)接地網(wǎng)產(chǎn)生很大的影響，多雨天氣時(shí)，雨水層層滲透會(huì)減小土壤電阻率，同時(shí)長(zhǎng)期的冰凍天氣會(huì)造成土壤結(jié)冰增大土壤電阻率，這些都是在設(shè)計(jì)接地網(wǎng)時(shí)需要考慮的因素。

3.3施工方面

接地網(wǎng)施工直接影響到接地系統(tǒng)的質(zhì)量，最終導(dǎo)致接地電阻偏高，具體可以分為以下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）未按圖紙施工。施工單位可能未完全按照?qǐng)D紙施工，比如未按照設(shè)計(jì)要求選用接地材料，少安裝垂直接地體，環(huán)形接地網(wǎng)的圈數(shù)不夠或者環(huán)網(wǎng)過(guò)近，回填土未按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行細(xì)土分層夯實(shí)，均無(wú)法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，造成最終的接地電阻偏大。

（2）施工質(zhì)量不合格。某些施工單位為了節(jié)約成本故意在施工質(zhì)量上打折扣，比如扁鋼的搭接面積不夠，接地未防腐，接地焊接不合格，水平接地體的深度未達(dá)到0.7米，垂直接地體的埋設(shè)深度未達(dá)到2.5米，接地網(wǎng)的長(zhǎng)度不夠，都會(huì)影響接地質(zhì)量，增大接地電阻阻值。

（3）錯(cuò)誤使用降阻劑。如采用灌水、木炭或食鹽降阻，短期內(nèi)可能收到效果，但這些降阻劑會(huì)隨著時(shí)間自然流失，同時(shí)這些降阻劑還可能腐蝕接地體，縮短接地體的使用壽命，最終增大接地電阻。

4.降低接地電阻的方法

4.1敷設(shè)水平外延接地網(wǎng)

陸上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組如果地處巖石區(qū)，風(fēng)機(jī)的主接地網(wǎng)埋設(shè)于巖石地質(zhì)中，接地電阻會(huì)很大，可以考慮將主接地網(wǎng)外引到機(jī)組附近土壤率低的地質(zhì)環(huán)境中，通過(guò)在土壤率低的地質(zhì)環(huán)境增設(shè)輔助接地網(wǎng)，可以有效降低主接地電阻，同時(shí)施工費(fèi)用低，不失為一種可行的施工方案。

4.2深埋垂直接地極

陸上風(fēng)電地處山區(qū)，山區(qū)的地質(zhì)分層土壤電阻率可能不同，風(fēng)機(jī)的接地網(wǎng)埋設(shè)于巖石地質(zhì)中，接地電阻會(huì)很大，可以考慮將垂直接地極深埋，在下層土壤電阻率較低的情況能有效降低接地網(wǎng)的接地電阻。

4.3利用降阻劑

降阻劑主要作用是降低與地網(wǎng)接觸的局部土壤電阻率，采用符合環(huán)保要求的降阻劑是一種很好的降低接地電阻的方案。比如化學(xué)降阻劑是由幾種物質(zhì)配制而成，具有良好的導(dǎo)電性能、強(qiáng)電解質(zhì)和水分^[1]。這些強(qiáng)電解質(zhì)和水分被網(wǎng)狀膠體所包圍，網(wǎng)狀膠體的空格又被部分水解的膠體所填充，使它不致于隨地下水和雨水流失，能長(zhǎng)期保持良好的導(dǎo)電作用。

4.4利用電解離子接地模塊

電解離子接地模塊是采用先進(jìn)的陶瓷復(fù)合材料、合金電極、中性離子化合物組成，可以確保提供穩(wěn)定可靠的接地保護(hù)^[2]。電解離子接地模塊的主體是銅合金管，能夠確保較高的導(dǎo)電性能及較長(zhǎng)的使用壽命，其內(nèi)部含有特制的、無(wú)毒的電解離子化合物，能夠吸收空氣中的水分，通過(guò)潮解作用，將活性電解離子有效釋放到周?chē)寥乐校且驗(yàn)殡娊怆x子接地模塊不斷的自動(dòng)釋放活性電解離子使得周?chē)寥赖膶?dǎo)電性能可以始終保持在較高水平，于是故障電流能順暢的擴(kuò)散到周?chē)耐寥乐校瑥亩浞职l(fā)揮接地系統(tǒng)的保護(hù)作用。

4.5 利用陰極保護(hù)

接地網(wǎng)系統(tǒng)由于采用鋼制材料，在土壤中會(huì)很快的被腐蝕完畢，給風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)安全生產(chǎn)帶來(lái)很大威脅。采用加大腐蝕余量和熱鍍鋅保護(hù)性涂層的辦法，由于鍍鋅層的缺陷和鍍鋅量的限制以及接地網(wǎng)排流的作用，陰極保護(hù)是針對(duì)金屬電化學(xué)腐蝕而采用的最為有效的保護(hù)方法，陰極保護(hù)可以彌補(bǔ)涂層的不足。目前陰極保護(hù)比較流行的方案是采用犧牲陽(yáng)極法^[3]。陰極保護(hù)設(shè)備和附件的電氣壽命為≥20年，保護(hù)期間接地電阻不因腐蝕而增加。

結(jié)語(yǔ)

總而言之，通過(guò)有效的技術(shù)措施和管理措施保證風(fēng)電場(chǎng)接地網(wǎng)接地電阻達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范要求，保障設(shè)備及人身安全，這將是整個(gè)風(fēng)電建設(shè)工程中重要的一環(huán)。

（作者單位：中廣核新能源投資（深圳）有限公司湖北分公司）