浅析山区风电场防雷接地设计古婷婷

古婷婷杨阳

(中国电建集团贵阳勘测设计研究院贵州贵阳550081)

摘要：贵州省年平均雷暴日多达51天，属多雷暴区。为适应我国风电产业发展的特点，保证风电场运行后能带来预期的经济效益，风电场防雷接地设计的合理、可靠是风电场各个设计环节中的关键因素之一。

关键词：防雷；接地；山区风电；高土壤电阻率；腐蚀

1、引言

风力发电利用风的动能转化成电能，在国内外得到了大力发展。“绿色低碳、环保可持续”是全球发展的努力方向。“到2020年，非化石能源占一次能源消费比重达到15%”是我国实现“绿色低碳、环保可持续”的近期目标。为实现这一目标，近年来我国政府不断加大力度开发以风能为代表的新能源。

贵州省风能资源分布相对零散、复杂，总体西部好于东部，中部好于南部和北部。风能资源较为丰富的区域主要分布于毕节市西部、南部及中北部，六盘水市中部及南部，遵义市中南部，黔南州三都县与黔东南州榕江县交界区域，黔西南州和铜仁市局部。对于交通不便的山区和高原地带，因地制宜地利用风力发电，非常适合，大有可为。本文以贵州山区风电为背景，浅析贵州特殊山区地貌的防雷接地系统设计。

2、贵州地区防雷接地的特点

据统计，贵州省年平均雷暴日多达51天，属多雷暴区。全省年平均雷暴日分布达45~80天。

平原地区的雷云结构一般是底部高约2km，顶部高约10km～12km，上部带正电、底部大都为负电，因此，90%的云地闪电是负极性的。而山区的云体在风力的作用下往往发生偏斜，使正电荷接近山顶，因此，山区正极性的云地闪电较平原多，同时雷云沿山腰飘动，球雷的现象也多于平原地区。

由于贵州风能资源较差，气候条件恶劣，地形崎岖，一度被认为是一个无‘风’的省份。随着低风速风机技术进步，贵州省于2011年开始大力发展风电，因山地区域风资源分布的特性，山地风电场通常位于山顶、山脊等较高海拔区域，风力发电机组轮毂高度一般在80m~100m之上，叶尖高度可达150m；风电场升压站又因构筑物多、设备繁杂等因素一般位于较高海拔区域的空旷地带；极易遭受雷击。

由于贵州省风资源情况及地形地貌的特殊性，风机多布置在海拔较高的区域，因此场区范围较大。以一个50MW的风电场为例，风电场场址区面积可达几十平方千米。根据地质情况，一般需要将场区分区设计。贵州在地貌上是一个以高原、山地为主的地区，高原、山原、山地约占全省总面积的87%，丘陵占10%，盆地、河流阶地和河谷平原仅占3%。高原多由夷平面组成，大部分是岩溶作用造成，少数由剥蚀作用形成。根据项目经验，贵州地区的土壤电阻率一般在2000Ω*m左右；另外，在贵州的某些地区存在腐蚀性水体，这些水体对接地镀锌扁铁有强腐蚀性，因此设计出一种既满足高土壤电阻率要求又耐腐蚀的接地方案是非常必要的。

3、高土壤电阻率区域风电机组（含箱变）接地

根据《交流电气装置的接地设计规范》（GB/T50065-2011）的要求，接地网的接地电阻不应大于4Ω，接地网埋深不宜小于0.8m。根据经验，贵州山区的土壤电阻率一般在2000Ω*m左右。因此风电机组的接地一般都要经过扩网、置换黏土、使用物理降阻剂等措施来降低接地电阻。

3.1风电机组（含箱变）接地

由于风电机组布置分散，机组之间的距离较远，为降低发电机回路的电能损耗，减少发电机回路动力电缆的长度，在每台风电机组附近设置1台箱式升压站作为机组变压器，将发电机电压由0.69kV升高至35kV接入场内110kV变电站主变低压侧母线，为缩短电缆长度，箱式变电站一般布置在风机基础附近约15m处，一般将风电机组和箱变接地连接起来，做成一个接地网。

3.1.1水平接地极

采用60×6热镀锌扁钢作为水平接地极，以风机中心为圆心设置环形水平接地极，最外圈圆环半径30m，第2圈圆环半径20m，第3圈半径为10m，最内圈接地极位于基础环内圈，环行水平接地极可根据地形条件适当改变形状。从风机基础中心向外敷设6根水平敷设接地极，与环形水平接地极相连。如图3-1所示。

3.1.3综上所述，复合接地网接地电阻为8.7Ω。

3.2降低接地电阻措施

3.2.1深埋接地极

根据地质资料，贵州省在地质上主要是砂岩、碳酸盐岩、板岩、喀斯特景观为主，其土石开挖量主要是岩石为主，土石比一般为3:7，甚至是1:9。施工难度大，开挖工程量多，施工成本会成倍增加。因此此种深埋接地极的方法在贵州地区很少使用。

3.2.2置换黏土

用电阻率＜100Ω*m的黏土将水平接地极附近的土壤置换。在进行接地施工时，按照图3-3所示挖好接地沟，在沟底铺设约100mm厚度的黏土，将水平接地极敷设焊接完成后再将约300mm厚度的黏土铺设在接地极上并回填密实。

图3-3置换黏土施工简图

3.2.3物理降阻剂

接地降阻剂是改善接地装置附近土壤导电性能，降低接地电阻、适应接地装置的专用产品。贵州地区一般在最外圈接地圆环和第2圈接地圆环敷设物理降阻剂。按照图3-4将物理降阻剂包裹在水平接地极周围，然后铺设约400mm厚度的黏土。

结语：

风电场的接地是风机工程中重要的部分，接地是否满足要求直接关系到设备的安全运行和设备附近人员的人身安全。根据贵州省地质的特殊情况，风机布置主要在山头，场区占地面积大，每个区域的风机地质情况差距较大，这就要求我们在设计阶段要做好电阻率测量、接地方案选择；在施工阶段做好施工质量把控、和电阻测量；运行期做好接地电阻监测。为风机的长期安全稳定运行打好基础。

参考文献：

[1]GB/T50065-2011。交流电气装置的接地设计规范[S]。

[2]徐勇，郑列剑。风电场防雷接地研究[J]，科技探索与应用2015.3:277-278。

[3]司磊。山区风电场防雷接地系统探索分析[J]。中国科技博览，2014（42）：123.