貴州山地風(fēng)力發(fā)電機(jī)地網(wǎng)接地電阻檢測(cè)方法探討

曾勇 張淑霞 黃鈺

摘 要：目前我國(guó)尚未制定統(tǒng)一的針對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的防雷裝置檢測(cè)的檢測(cè)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，仍然按照目前建（構(gòu)）筑物防雷檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)。貴州省風(fēng)力發(fā)電建設(shè)正處于突飛猛進(jìn)增長(zhǎng)階段。受到山地氣候特征影響，貴州省雷電活動(dòng)具有復(fù)雜性和易損性。本文針對(duì)貴州特殊的山地環(huán)境，提出了針對(duì)山地環(huán)境的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組防雷裝置檢測(cè)方法，為貴州山地風(fēng)力發(fā)電機(jī)組防雷接地設(shè)計(jì)和雷電防護(hù)提供參考。

關(guān)鍵詞：雷電；防雷裝置；風(fēng)力發(fā)電機(jī)；地網(wǎng)；接地電阻

貴州省年平均閃電次數(shù)達(dá)40～60萬(wàn)次，年平均閃電密度高達(dá)10.2次/km2，國(guó)內(nèi)排列第四位，屬于多雷區(qū)[1]。由于貴州地區(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通常建設(shè)在山頭或山脊處，海拔一般上千米以上，加上風(fēng)力發(fā)電機(jī)自身機(jī)身高度，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組遭受雷擊概率增大。根據(jù)省內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行情況，已有多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電機(jī)組都不同程度遭受雷擊危害。目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組接地網(wǎng)防雷接地電阻檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)還沒有，現(xiàn)在檢測(cè)仍然按照國(guó)家防雷標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。所以，對(duì)山地環(huán)境下風(fēng)力發(fā)電機(jī)防雷裝置檢測(cè)方法進(jìn)行研究具有必要性。

1 測(cè)試內(nèi)容及方法

1.1 測(cè)試內(nèi)容

本文主要研究對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及35kV箱式變電站接地網(wǎng)的防雷檢測(cè)，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)110/220kV升壓站和輸電線路桿塔及建筑物防雷裝置的檢測(cè)主要依據(jù)規(guī)范如GB/T214312008 《建筑物防雷檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》、GB/T17949.12000 《接地系統(tǒng)的土壤電阻率、接地阻抗和地面電位測(cè)量導(dǎo)則》等。風(fēng)力發(fā)電機(jī)接地網(wǎng)接地電阻大小是影響雷電流能否快速入地的主要因素。故本文主要分析風(fēng)機(jī)主接地網(wǎng)工頻接地電阻檢測(cè)方法，其他防雷裝置測(cè)試方法按照常規(guī)規(guī)程檢測(cè)。

1.2 測(cè)試方法分析

1.2.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)接地形式

在對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組接地網(wǎng)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，首先必須初步對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的接地形式及總平面設(shè)計(jì)有初步了解。根據(jù)統(tǒng)一資料，貴州地區(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要采用環(huán)形接地網(wǎng)加輔助接地方式，這與風(fēng)機(jī)所處地域地形地貌及環(huán)形地網(wǎng)泄流情況密切相關(guān)[4]。在進(jìn)行實(shí)地檢測(cè)時(shí)候，要根據(jù)地網(wǎng)設(shè)計(jì)布置情況制定具體檢測(cè)方案。

1.2.2 測(cè)試方法

在實(shí)際的防雷裝置檢測(cè)工作中，主要采用兩極法和三極法進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)大型地網(wǎng)會(huì)采用異頻法和工頻電壓電流法。兩極法測(cè)量誤差較大，本文主要分析用三極法進(jìn)行測(cè)試。三極法又分為直線法和夾角法兩種。

（1）三極直線法。采用直線法，其試驗(yàn)原理接線圖如圖1所示。按照?qǐng)D1布置好接線方式，電壓極引線與電流極引線之間距離不小于10m。假設(shè)被測(cè)地網(wǎng)的最大對(duì)角線長(zhǎng)度為D，整個(gè)地網(wǎng)中心與地網(wǎng)邊緣之間的距離為d，單位為m。那么，dGC取（4～5）（D-d），dGP取（4～5）D×0.618-d；在電極布置時(shí)，盡量將電壓極引線和電流極引線分開一定距離，不能緊挨并行放線或交叉放線，否則測(cè)量誤差較大[5]。在利用三極法進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組接地網(wǎng)接地電阻測(cè)試時(shí)，首先要根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的地網(wǎng)設(shè)計(jì)圖確定地網(wǎng)的最大對(duì)角寬度，圓形地網(wǎng)確實(shí)其直徑。

（2）夾角法。條件允許時(shí)，大型接地裝置的工頻接地電阻測(cè)試可采用電流—電壓線夾角布置的方式。電流—電壓線夾角約為30度，電流、電壓引線長(zhǎng)度取dCG=dPG=2D，其測(cè)量結(jié)果綜合相應(yīng)要求進(jìn)行修正。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)處于山頭或山脊，所以采用夾角法進(jìn)行測(cè)量很具有靈活性，測(cè)量進(jìn)度也高。夾角法測(cè)量風(fēng)機(jī)地網(wǎng)典型電極布置方式如下圖2所示。

在土壤電阻率較均勻的地區(qū)，電流極到地網(wǎng)的距離取2D，電壓極到地網(wǎng)的距離可取D。

在土壤電阻率不均勻的地區(qū)，電流極到地網(wǎng)的距離應(yīng)取3D，電壓極到地網(wǎng)的距離應(yīng)取1.7D。在貴州山地環(huán)境下，土壤一般是不均勻的，存在明顯分層結(jié)構(gòu)，所以在進(jìn)行電極布置時(shí)，要首先通過(guò)地勘資料或者實(shí)際土壤電阻率測(cè)試數(shù)據(jù)分析土壤是否均勻，合理布置電極，較小測(cè)試誤差。

2 檢測(cè)建議

由于貴州省特殊的地形地貌以及貴州省防雷減災(zāi)中心對(duì)省內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機(jī)接地網(wǎng)接地電阻檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)貴州山地風(fēng)力發(fā)電機(jī)接地網(wǎng)檢測(cè)提出如下建議：

（1）合理選擇測(cè)試方法，測(cè)試方法選定，放線方式也就確定。因?yàn)橐慌_(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基本占據(jù)一個(gè)小山頭或山脊，實(shí)際操作空間有限。要根據(jù)風(fēng)機(jī)建設(shè)區(qū)域?qū)嶋H情況具體分析，不能盲目放線，不然測(cè)量誤差會(huì)更大。

（2）充分利用業(yè)主方提供的風(fēng)力發(fā)電機(jī)防雷接地網(wǎng)設(shè)計(jì)圖紙，準(zhǔn)確分析出地網(wǎng)的最大對(duì)角線長(zhǎng)度或直徑。確定因地網(wǎng)輔助接地如外沿接地的外沿距離及外延點(diǎn)。如果電壓極正好打入外沿接地點(diǎn)，測(cè)量得到的接地電阻值肯定小，沒有測(cè)量到風(fēng)機(jī)電網(wǎng)真實(shí)接地電阻值。

（3）在每次測(cè)量過(guò)程中，要利用GPS測(cè)量出電壓極和電流極的經(jīng)緯度，并做好及時(shí)記錄存檔。因?yàn)楫?dāng)下次進(jìn)入年檢的，在此盲目尋找電壓極和電流極位置布置點(diǎn)，測(cè)量的結(jié)果將會(huì)與之前的測(cè)量結(jié)果差距較大。以前測(cè)量結(jié)果可能小于4歐姆，按照現(xiàn)在測(cè)量方式結(jié)果可能大于4歐姆，接地電阻值就不能滿足設(shè)計(jì)要求。所以，要記錄好電壓極和電流極經(jīng)緯度，以便于下次測(cè)量，這樣結(jié)果才有可比性。

（4）在貴州地區(qū)，由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)場(chǎng)址區(qū)域土壤較少，巖溶巖石居多，如果電壓極和電流極打入比較困難，可以在電極區(qū)域倒入水適當(dāng)讓打入點(diǎn)侵濕，便于打入測(cè)試極的同時(shí)又可以讓測(cè)試電流較好流入大地。風(fēng)力發(fā)電機(jī)所處區(qū)域土壤絕大多數(shù)存在分層結(jié)構(gòu)，在利用三極直線法進(jìn)行測(cè)量時(shí)，應(yīng)該按照水平分層土壤的電極布置方法進(jìn)行測(cè)量[6]。

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)貴州山地風(fēng)力發(fā)電機(jī)接地網(wǎng)接地電阻檢測(cè)方法進(jìn)行了分析，提出了相關(guān)檢測(cè)建議。防雷接地工程是風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)建設(shè)工程中一個(gè)重要的工程，與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的長(zhǎng)期安全運(yùn)行密切相關(guān)。而準(zhǔn)確的風(fēng)機(jī)地網(wǎng)接地電阻數(shù)據(jù)將成為接地網(wǎng)是否可靠的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，所以為了減少雷電對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)造成更大危害和給風(fēng)電運(yùn)行帶來(lái)?yè)p失，一定要將風(fēng)力發(fā)電機(jī)地網(wǎng)防雷檢測(cè)做的更準(zhǔn)確，才能為地網(wǎng)的整改或建設(shè)提供參考。同時(shí)，在進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)接地網(wǎng)檢測(cè)時(shí)不僅要參照現(xiàn)行的相關(guān)建（構(gòu)）筑物防雷裝置檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，還要根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的實(shí)際情況進(jìn)行檢測(cè)，這樣得到的數(shù)據(jù)才能準(zhǔn)確、可靠。

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[5]何金良，曾嶸.電力系統(tǒng)接地技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2007.

[6]曾勇，吳安坤，張淑霞.分層土壤接地電阻測(cè)試方法研究[J].現(xiàn)代建筑電氣，2016，04（9）：3538.

作者簡(jiǎn)介：曾勇（1986），男，碩士，助理工程師，從事防雷接地技術(shù)工作；張淑霞（1987），女，工程師，從事雷電防御技術(shù)工作。