風力發(fā)電場防雷接地工程方案

1、一、概述目前，風力發(fā)電被稱為明日世界的能源。由于它屬于可再生能源，為人與自然和諧 發(fā)展提供了基礎(chǔ)。而且不像火電、核電、水電會造成環(huán)境問題，所以符合社會可持續(xù)發(fā) 展對能源的要求。所以，風力發(fā)電已在我國達到了舉足輕重的地位。然而，風力發(fā)電機組是在空曠、自然、外露的環(huán)境下工作，不可避免的會遭受到直 接雷擊。由于現(xiàn)代科學技術(shù)的迅猛發(fā)展，風力發(fā)電機組的單機容量越來越大。主體高度 約80米、葉片長度約40米、即最高點高度約為120米的風機，在雷雨天氣時極易遭受 直接雷擊。它是自然界中對風力發(fā)電機組安全運行危害最大的一種災害。雷電釋放的巨 大能量會造成風力發(fā)電機組葉片損壞、發(fā)電機絕緣擊穿、控制元器件燒毀等。

2、風機的防雷是一個綜合性的防雷工程，防雷設(shè)計的到位與否，直接關(guān)系到風機在雷 雨天氣時能否正常工作，并且確保風機內(nèi)的各種設(shè)備不受損害。本方案針對風力發(fā)電機組的防雷接地。二、地貌及接地電阻要求風力發(fā)電場位于河北張家口地區(qū)，風力發(fā)電功率為1500kw。土壤電阻率比較高，超過450Q .m由于有巖石的存在，造成不同深度的土壤電阻率分布不均勻。風機接地電 阻要求做到4歐姆。風機基礎(chǔ)占地面積大約14X14平方米，距其10m處有一臺箱式變壓 器,其接地電阻值的要求為4歐姆。三、接地材料的選擇及地網(wǎng)設(shè)計接地是指將風機的外殼與大地連接一起，以便在正常運行、事故接地和遭受雷擊的 情況下，將其接地點的電位固定在允許范

3、圍內(nèi)，從而保證人身和設(shè)備安全。風機的接地 系統(tǒng)是風機防雷保護系統(tǒng)中一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在地網(wǎng)開挖面積有限、土壤電阻率較高的環(huán) 境條件下，要能達到上面的技術(shù)要求，用傳統(tǒng)常規(guī)的角鋼、扁鐵等接地材料進行施工是 非常困難的。本方案建議采用新型的接地材料：高效低阻接地極。下面介紹常規(guī)接地材料與新型高效接地模塊的使用。1、常規(guī)接地材料一般來說，水平接地體采用不小于40 x 4mm的熱鍍鋅扁鋼，垂直接地體采用不小于 50X50X 5mmi勺角鋼，每根角鋼的長度大約 2.5-3米?？紤]到減少接地體的屏蔽效應， 垂直接地體的間距一般為其長度的1.5至2倍，即為56米。單根垂直接地體的接地電阻Rg,可按下式計算：口r

4、jp i 士嚷電阻率；W = Llm L,垂直接池極埋設(shè)深度（m）；25rL , 心 接他極半徑（角鋼為邊寬）（ni）：在一定的土壤電阻率下，為達到要求的接地電阻值，通常需要若干根垂直接地體。n： T直接地極個數(shù)；_ 蹉m垂直接地極利用系數(shù)，般選0.比 Rng刀3：單根垂直接地極I頻接地電阻，Rng；進定的工頻接地電阻；根據(jù)上式計算，在土壤電阻率為 450Q .M的情況下，接地電阻按4Q考慮，所需3米長的角鋼大約也要60多條。占地面積大約42米X 42米。由此可以看出，以現(xiàn)在的風機地貌、可開挖面積來看，用傳統(tǒng)的接地材料想達到接 地電阻值的要求是非常困難的。止匕外，傳統(tǒng)金屬接地體的接地電阻隨氣候

5、 （土壤潮濕程度）的變化會發(fā)生大幅度的起 伏，隨著腐蝕的加劇地阻也會不斷增大。2、梅花型高效低阻接地體妾地體。四川銘士電子科技有限公司是專業(yè)生產(chǎn)防雷設(shè)備的單位，其生產(chǎn)的高效低阻接地體 是一種以非金屬材料為主的接地體，由導電性、穩(wěn)定性較好的非金屬礦物質(zhì)和電解物質(zhì) 組成，它不含對人體有害和污染水源、土壤、環(huán)境的有害物質(zhì)。具特殊的形狀增大了接 地體本身的散流面積，減小了接地體與土壤之間的接觸電阻，接地電阻值低。其優(yōu)良的 吸濕保濕及改善周圍土壤導電特性的能力，使接地電阻不斷減小而趨于長期穩(wěn)定。因具有 抗鹽、酸、堿腐蝕的能力，使用壽命長達 50年。特別適用于沙漠、戈壁、鹽堿地、高原 和常年凍土帶等惡劣地

6、質(zhì)條件的地區(qū)。梅花型高效低阻接地體的技術(shù)指標見下表序 號產(chǎn)品型號外形尺寸mm質(zhì)里kg室溫下電阻率 .m工頻接地電阻估算參考式3MSD-n 260X 100052 54W 140.11 p單根梅花型接地體的接地電阻Rg,可按下式計算:r P4L (L+2h) iRj=| Ln I x Mo1 2 nLd (L+4h) Jp在置地層的電阻率（Q -in s一模塊的長H） m在一*政%明卿著玉，；為達到要求的接地電阻接地體的時5講郴1理事察京叫,噴火調(diào)整系數(shù)a3。.一高效低阻接地體個數(shù)；Rgn二Rng n一接地體利用系數(shù)，一般選0.4： 應:單次接地體接地電阻;Rug：要求的接地電阻；根據(jù)上式計算，

7、在土壤電阻率為 450Q .M的情況下，接地電阻按4Q考慮，所需梅 花型高效低阻接地體25多塊。占地面積大約16米X 16米。通過以上計算可以看出，采用梅花型高效低阻接地體，所需數(shù)量、占地面積遠比傳 統(tǒng)材料少。四、技術(shù)經(jīng)濟比較通過以上計算可以看出，采用梅花型高效低阻接地體，所需數(shù)量、占地面積遠比傳 統(tǒng)材料少。1、占地面積(1)在一般條件下(p 100Qm)使用金屬接地材料，在變電站占地面積內(nèi)一般 均可達到接地電阻要求。在p500Qm時，由公式Rj=0.5p/+ s可知，此時土壤電阻率p為常值， 若要降低Rj,只有增大，s,此時占地面積S將急劇增大，表現(xiàn)為外接多個外引地網(wǎng)， 征地費用大幅增加，總

8、費用劇增，顯然是不可取的解決辦法。若在原場地上大規(guī)模換土，更需動用幾千至幾萬方粘土，其總費用更是驚人。(3)采用低電阻接地模塊作垂直接地極時：“低電阻接地模塊”采用了一系列降阻技術(shù)。首先降低接地極與土壤之間的表面接 觸電阻，同時成倍增加了接地體的散流面積。由于接地體本身含有豐富的離子，又具有 吸濕保濕特性，采用電子十離子導電的散流方式，大大優(yōu)于金屬的電子導電的散流方式。 尤其是在高土壤電阻率時，這種工作方式更是大幅度提高了電流的散流效果。采用低電 阻接地模塊一般情況下均能在變電站本身占地面積內(nèi)達到接地電阻要求。2、兩種接地材料的對比以目前鋼鐵材料市場的價格，不考慮運輸及施工費用，角鋼的材料總費

9、用大約是接 地模塊的1/31/2。但角鋼的施工面積卻是接地模塊的 7倍，即用角鋼的施工費要遠遠超 過高效接地體。因此從總成本上看，采用高效低阻接地體的總成本會略高一些，但其所 需的場地卻要小的多。3、腐蝕和壽命問題由設(shè)計手冊可知扁鋼的腐蝕速度為 0.10.2mm/年，在酸堿度大的地區(qū)腐蝕速度更 快，這樣在變電站工作幾年后，由于扁鋼表面已腐蝕，散流時接觸電阻迅速增大，整個 地網(wǎng)的接地電阻值將逐漸增大。同時變電站由于工頻泄放的問題，進一步加速了扁鋼的 腐蝕速度。低電阻接地模塊采用的是導電性能優(yōu)良的非金屬材料，金屬極芯和富含電解質(zhì)的材料制成的。外層是非金屬材料，金屬極芯采用的是不銹鋼（可達五十年壽命），抗腐蝕能力極