高欄島風(fēng)電場機(jī)組、線路防雷接地系統(tǒng)

汪希俐 于洋

摘要：風(fēng)電場架空集電線路和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組防雷是風(fēng)電場最關(guān)鍵的問題，隨著風(fēng)電場的運行年限的增加，因機(jī)組和線路雷擊故障率逐年增加。針對該問題，本文對該風(fēng)電場線路和機(jī)組運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、制定具體解決方案。

關(guān)鍵字：機(jī)組;線路;防雷接地;桿塔接地;改造方案

1、地形條件和氣候條件

高欄風(fēng)電場機(jī)組安裝在低山海島上，最高海拔達(dá)418.0m，四面環(huán)海;落雷幾率多。高欄島的災(zāi)害性天氣主要是臺風(fēng)、暴雨和雷暴等。根據(jù)氣象部門資料珠海市年平均雷暴日數(shù)為62天屬多雷區(qū)，由于機(jī)組為島上高聳機(jī)組極易遭到雷電危害。

2、擊危害情況

風(fēng)電場設(shè)備經(jīng)常遭雷擊，主要有集電線路雷擊跳閘、箱式變電站高壓熔斷器熔斷、電纜、避雷器擊穿、葉尖開裂、葉尖液壓油缸熔焊，機(jī)組PLC、電量采集模塊、溫度變送器經(jīng)常損壞等。

3、技術(shù)要求

按照《交流電氣裝置的接地設(shè)計規(guī)范》GB50065-2011 和《交流電氣裝置的接地》（DLT 621-1997）要求，所有要求接地的部分均應(yīng)接地或接零。接地要求如下：

3.1工程質(zhì)量要求符合國家現(xiàn)行驗收規(guī)范合格標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)組接地電阻不大于4 歐姆，桿塔接地電阻要求不大于10 歐姆。

3.2壽命：接地網(wǎng)壽命要求達(dá)到25 年以上。

3.3采用的垂直接地極采用高電防腐穩(wěn)定劑材料降低腐蝕性。

3.4可采用的施工材料有：接地?zé)徨冧\扁鋼、熱鍍鋅鋼管、熱鍍鋅圓鋼。

4、接地網(wǎng)情況

4.1機(jī)組和集電線-II回路接地電阻測試

通過對機(jī)組、桿塔接地電阻測試，機(jī)組接地電阻合格全部（≤4歐姆），桿塔接地電阻部分不合格（具體參照設(shè)計值是≯ 10 歐姆）。

根據(jù)該地區(qū)的勘察報告，可知該地區(qū)土壤電阻率較高。地層為燕山期黑云母花崗巖和第四系覆蓋層。從防雷安全考慮，通過分析本地區(qū)地質(zhì)條件分布不均勻，水平接地極和離子接地極不能滿足雷電沖擊，同時散流效果差。針對本地區(qū)的地質(zhì)條件應(yīng)利用垂直接地垂直接地極和離子接地單元以及水平接地相結(jié)合來降低接地電阻，以達(dá)到工頻接地電阻符合要求及滿足防雷電沖擊效果。

4.2接地網(wǎng)

通過對此風(fēng)場的接地施工情況的了解，發(fā)現(xiàn)此接地網(wǎng)不能滿足現(xiàn)場實際需求接地網(wǎng)存在一些缺陷會影響到設(shè)備接地的安全運行。

4.3接地網(wǎng)分析

1）架空線的接地電阻不合格，當(dāng)線路落雷后會造成機(jī)組或桿塔的雷擊風(fēng)險。并且地網(wǎng)使用局限在地表區(qū)域而本區(qū)域巖土導(dǎo)電性能又較差，雷電流不可能在瞬時間完全泄放。應(yīng)增加水平地網(wǎng)的面積或垂直接地體的深度已提高雷電流沖出局限區(qū)域向大地的瞬間釋放量，既能降低工頻接地電阻，又能有效地達(dá)到防雷散流作用。

2）接地網(wǎng)的設(shè)計的集中散流接地裝置不能滿足實際需求，沖擊防雷散溜效果差，設(shè)備雷擊風(fēng)險大。該機(jī)組及桿塔的防雷散流作用實際效果不理想，需要安裝垂直接地極和水平接地體，以達(dá)到良好的防雷散流作用，延長接地網(wǎng)使用壽命。

3）本風(fēng)場防雷接地工程另一個主要的要求是保證機(jī)組和桿塔在遭受雷擊時有良好的防雷散流作用。雷電流屬于高頻電流，雷電流在接地網(wǎng)泄放時，由于接地體電感的影響，接地網(wǎng)的各部分是不等電位的。雷電流容易引起接地裝置的暫態(tài)過電壓，由暫態(tài)過電壓引起的地電位反擊容易對機(jī)組弱電系統(tǒng)形成電磁干擾、損壞電氣設(shè)備絕緣及避雷器而導(dǎo)致生產(chǎn)事故。

5、雷電防護(hù)的技術(shù)措施

5.1雷電波侵入的防護(hù)

當(dāng)架空線路遭雷擊后，雷電波應(yīng)通過線路避雷器泄放入大地。當(dāng)接地網(wǎng)接地電阻過大，雷電流就沿線路、電纜侵入機(jī)組。

進(jìn)入機(jī)組的線纜外皮、金屬管線均需與接地裝置連接。架空線與電纜連接處需增設(shè)避雷器或恢復(fù)箱式變電站避雷器;機(jī)組基礎(chǔ)100m以內(nèi)的金屬管線（包括光纜鋼芯）每隔25m與接地裝置連接。

為防止線纜上的雷電波侵入可在電源線路及信號線路安裝避雷器，電源線路采取分級保護(hù)，逐級泄流原則，可在電源總進(jìn)線處安裝一級避雷器、分路配電柜安裝二級避雷器、重要設(shè)備前端安裝三級避雷器。

5.2直擊雷的防護(hù)

機(jī)組結(jié)構(gòu)的防雷通道為：接閃器（機(jī)艙外部的避雷針、葉片上的接閃點）-輪轂-主軸-塔筒-基礎(chǔ)-接地。當(dāng)雷電直接擊中接閃器，可通過上述的通道泄放入大地。

由于高欄島特殊的地理自然條件，屬于多雷區(qū)，雷電活動頻繁，應(yīng)對機(jī)組從上到下的防雷通道進(jìn)行檢查確保各環(huán)節(jié)連接可靠保證通道暢通?？杉訌?qiáng)避雷針引下線線徑、由于塔筒法蘭之間涂有密封膠，加大了連接電阻應(yīng)增加接地跨接線。增加主軸接地、增加塔上塔下接地電纜（兩條25平方毫米多股軟銅線）。

5.3感應(yīng)雷和雷電反擊的防護(hù)

感應(yīng)雷和雷電反擊均是由于建筑物內(nèi)各個物體因雷電導(dǎo)致的電位差引起的放電現(xiàn)象。

對于機(jī)組來說塔筒、避雷針、引下線、線纜、柜體等所有金屬物體都是雷電侵入途徑，對此可將所有金屬物體與接地連接起來，形成閉合良好接地的法拉第籠，使各金屬體之間電位相等不存在電位差，從而消除感應(yīng)過電壓的產(chǎn)生。

6、改造具體方案

6.1機(jī)組接地改造

對每臺機(jī)組設(shè)計3根50米水平接地體，接地體材料的采用-60×6熱鍍鋅扁鋼，水平接地網(wǎng)敷設(shè)深度不應(yīng)小于0.8m。巖石及高電阻率地區(qū)敷設(shè)深度不應(yīng)小于0.5m。

對每臺機(jī)組3根水平接地體與垂直接地連接，接地垂直材料采用Φ50熱鍍鋅鋼管和安地深高電防腐穩(wěn)定劑配合使用，采用機(jī)械鉆井的方式進(jìn)行施工，每口接地垂直的深度為 30 米，接地垂直鉆孔的直徑大概為90-130mm，并在深孔接地體周圍灌注防腐材料，采用防腐材料與水結(jié)合，攪拌均勻灌注。

6.2桿塔接地改造

對每基桿塔設(shè)計3根30米水平接地體，接地體的材料采用Φ14熱鍍鋅圓鋼，并在接地體周圍與防腐材料摻混使用。

每基桿塔水平接地體上安裝 2 套安地深離子接地單元，每基共 6 套，并在接地體周圍灌注防腐材料，采用防腐材料與水結(jié)合，攪拌均勻灌注。

7、經(jīng)濟(jì)效益分析

通過對機(jī)組和桿塔接地網(wǎng)的改造，可以有效防止設(shè)備遭受雷擊，減少線路跳閘頻次，降低機(jī)組葉片的雷擊損壞概率，同時減少機(jī)組停運時間，并提高風(fēng)電場的發(fā)電量，能夠達(dá)到預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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