風電場防雷接地系統的施工工藝分析

劉熠斌

摘 要：風電場運營中，易發生雷擊事故，影響風力發電機組的正常使用。為有效預防雷擊事故給風電場帶來的損害，建立防雷接地系統非常重要。基于此，本文從以下幾點綜述風電場的防雷接地系統施工工藝。

關鍵詞：風電場；防雷接地系統；施工工藝

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）21-0177-01

隨著社會經濟的發展，風電場建設量持續增加。與此同時，風電場出現的問題也越來越多，其中，雷擊事故最為突出。這種情況下，防雷接地系統問世，該系統中的接地裝置由接地體本身電阻、土壤電阻、引線電阻等共同組成，由接地裝置、土壤電阻率決定。由于風電場的建設環境不同，電阻的降低方法也不同，有的地方土壤電阻率低，進行簡單的敷設就能滿足需求，而山地等地區，電阻率比較高，僅簡單敷設電網并不能降低電阻，需借助各種方式實現目標。下面，本文用以下幾點闡述。

1 風電場防雷接地系統的作用

作為風電場的主要部分，防雷接地系統具有重要作用。防雷接地系統施工過程中，需綜合考量各問題，只有嚴格把控全局，才能從根本上解決危險因素，預防雷擊事故的發生。和其他事故相比，雷擊事故帶來的后果比較嚴重，造成的損失也比較大。與此同時，風電場還會因雷擊的影響，產生系列衍生性的災害，如電災、火災等，通常無法撲救[1]。因此，強化防雷接地系統施工非常重要。一般來講，雷擊所帶來的破壞主要表現為這樣幾個方面：第一方面，天氣因素影響，造成雷擊事故頻發。若雷擊后未將雷電引入大地中，而是穿透建筑結構本身，將導致強大電流破壞電氣設施，一旦電氣設施遭到嚴重破損，將引發火災。而火災的發生又會危害人身安全；第二方面，電氣設施的損害也會影響到基其他設備的正常運行，影響用戶正常用電。基于此，施工中需全面考量防雷問題。

2 防雷接地系統使用的降阻方法

2.1 簡介

湖南省邵陽市隆回縣第一高峰白馬山某風電場，安裝24臺單機容量2000kW和1臺單機容量為1900kW的風力發電機組，總裝機規模為49.9MW。該風電場屬于山地地形，海拔高度處于1600m-1780m之間，根據場地土壤電阻率報告發現，土壤電阻率為每米2000Ω。

2.2 降阻方法

考慮到風電場地形，當土壤的電阻率比較高時，會和要求的電阻率相差僅500倍。為從根本上降低電阻，多選用這樣幾種方法降阻：（1）換土法。換土法是風電場常用的降阻方法，旨在將電阻基率高的土壤轉變為低的土壤，降阻作用顯著；（2）添加降阻劑法。該方法多使用化學降阻劑，能有效降低土壤電阻率，實現降低接地電阻的目標[2]；（3）深井降阻法。能降低電阻，減少防雷接地系統面積，不受季節、氣候等因素影響；（4）焊接物理降阻法。該方法是用的是物理降阻劑，能增加接地尺寸，降低土壤電阻率，其作用類似于添加降阻劑法。但焊接物理降阻法是由固化水泥、非電解質固體粉末組成的，能降低電阻率，阻礙外界因素影響。

3 防雷接地系統的設計和施工流程

3.1 系統設計

防雷接地系統設計期間，需格外重視風機基礎、箱變配電設施的防雷設計。根據風現場土壤特征、位置等，參照行業標準、規范進行設計。風電機組的接地不僅是防雷接地，還是防靜電接地、設備保護接地等。風機基礎作為機組的接地體，通過風機基礎鋼筋、接地銅引線的連接，能和箱變接地成為整體。若實際設計中，電阻不滿足需求，可鋪設接地網，并保證厚度多于4mm，深度多于0.8m。接地網多以風機基礎中心作為圓心進行布局，風電場全部風機的接地電阻滿足設計要求，即在4Ω內。

3.2 施工流程

風電場的防雷接地系統中，接地網多分為下層、上層接地網及外延接地極。從風機基礎防雷接地系統上看，部分接地系統多澆筑在混凝土中，但本文并不詳細闡述該接地部分，而是進行防雷接地系統施工流程的描述：（1）風機養護結束，且滿足回填要求后，進行外側的接地網焊接處理，并在焊接口涂抹防腐材料；（2）填低接地網下側土壤、壓實[3]；（3）在接地網周圍鋪設厚度為20cm的降阻劑，以完全包裹接地扁鐵為主，待降阻劑回填，徹底吸收土壤水分后，使其呈現膠狀緊密包裹扁鐵；（4）在底層的接地網周圍填充足量土壤，保證厚度在50cm，并將其壓實；（5）待基坑回填至距離上層70cm后，按照圖紙完成接地網的焊接處理，包括圖紙設計所要求的物理降阻模塊，在焊接處涂抹防腐材料。同時，使用電阻率低的土壤回填扁鐵、壓實；（6）基坑回填過程中，同步開展接地極的降阻處理，也就是先用降阻劑包裹普通的接地極，然后再用電阻率低的土壤包裹降阻劑，待恢復正常后回填、壓實；（7）根據情況開挖外延的接地線，用氣鉆完成鉆井工作，在外延的扁鐵下方鋪設電阻率低的土壤，隨后按照第3步，行上層、外延扁鐵的降阻劑鋪設處理，同樣的完全包裹扁鐵；（8）根據第4步，用電阻率低的土壤覆蓋上層、外延扁鐵降阻劑，使土壤厚度在50cm以上，其余部位回填后壓實。該過程中，需重視降阻劑的保護，禁止出現損壞現象；（9）外延的接地極成功插入深井后，用漿狀降阻劑回填[4]；（10）將風機的基礎平臺填土處理，回填結束后壓實。

4 防雷接地系統的施工工藝

風電場防雷接地系統中，接地電阻是土壤電阻總和，包括土壤散流電阻、接地極和連接的電阻等，因接地極本身和連接線是導體，電阻相對較小，通常會忽略不計。

從土壤、接地體表面的接觸電阻來看，多選用物理降阻法降低電阻，其原理為降低和接地體表面接觸的土壤電阻率，也就是降低接地體和土壤之間的接觸電阻。其中，接地體所鋪設的降阻劑遇水后，能呈現出膠狀包裹扁鐵，并適當增加物理降阻模塊，便于在增加接地面積的同時，提升散流效果[5]。另外，用降阻劑包裹接地極，能增大接地極尺寸，降低土壤電阻率。并且，另外的外延接地極借助添加降阻劑、外延降阻法的聯合方法，能有效降低接地電阻率，減少風力機組的占地面積。

針對風電場的接地網外側，可設施換土法降阻，也就是用厚度為50cm的低電阻率土壤緊密的包裹降阻劑，和山體土石相比，電阻率低的土壤能進一步的降低土壤電阻，能在雷擊后第一時間進行防護，實現散流目的。通過換土、添加降阻劑、深井接地的聯合方法，能有機結合風機的防雷接地系統，以在雷擊出現后充分發揮散流作用。

5 電阻測量結果

風電場建設后，風機的接地電阻用數字儀表在各種環境下測量，其電阻值處于2.90-3.70Ω之間，符合設計要求和國家規范。由此認為，白馬山某風電場的防雷接地系統施工流程、工藝符合要求。

6 結語

綜上所述，防雷接地系統作為預防雷擊的主要設施，對保證風機運行、保護人身安全意義重大。本文通過對防雷接地系統的電阻率進行測量發現，可選用換土、添加降阻劑、外延接地等相互結合的方法，以在滿足降阻需求的同時，提高工作效率。尤其是土壤電阻率比較高的山區，降阻效果更為顯著，證實著上述施工流程、施工工藝的可行性。

參考文獻

[1]孫云.風電場防雷接地系統的施工工藝分析[J].應用能源技術，2012，14（11）：46-49.

[2]曾勇，吳仕軍，劉波，等.貴州山地風力發電機防雷接地技術研究[J].可再生能源，2016，34（6）：889-893.

[3]宋國強，張新燕.風力發電場防雷接地技術[J].電力學報，2012，27（6）：563-566.

[4]司磊.關于風電場防雷系統探索研究[J].軍民兩用技術與產品，2014，22（7）：176-177.

[5]張修志.風電場防雷系統的相關探討[J].電子制作，2013，36（20）：182.endprint