山地風力發電機防雷接地技術探討

邱學芮　于亮

【摘 要】隨著經濟的發展，我國正在大力發展風電建設，文章首先分析了風電場中的接地降組，包括接地系統結構、現存問題和降組方法等內容，隨后針對風力發電機防雷接地提出相關建議，包括掌握風力發電場土壤狀況、科學設計接地系統、合理進行降阻設計、對地網進行接地電阻測試等，希望能給相關人士提供一些參考。

【關鍵詞】風力發電；防雷接地；接地系統

引言：隨著我國經濟發展理念的轉變和科技的進步，風力發電逐漸在我國發展起來。而風力發電場所通常是建立在山地區域，并將風力發電機組設置于各種地勢突出的山脊上，容易讓風力發電機組遭受各種雷擊事件，文章就此結合山地的特殊地形特色，分析了風力發電機組的防雷接地方法。

一、風電場接地降阻

（一）接地系統結構

目前在風力發電場中的風電機組大都是圓環形狀。風力發電機組在接地過程中除了能夠應用自身鋼筋基礎進行接地工作之外，還能結合其他三種輔助方法進行接地處理，首先第一種方法是通過垂直接地體和水平接地體之間進行組合形成新的接地體，其次是通過環形接地體進行接地處理，最后一種方法是垂直接地體和水平環形接地體之間通過組合方式實現接地處理[1]。其中使用較為頻繁的一種方法是最后一種方法，由于和方形地王相比，周長相等的圓環形地網在流入同等雷電的條件下，圓環形地網接地電阻與方形地網相比要小一些，此外，圓環形地網雷電流入區域的跨步電壓分布和方形地網相比要小一些。

（二）現存問題和降阻方法

結合不同減小接地電阻方法分析其中的現存問題，首先是深埋接地方式，大部分風力發電場中都是使用圓鋼或是角鋼等材料垂直打入大地進行接地處理，從而在最大程度上降低接地電阻，同時打進地底的數量也比較大。這一方法在應用過程中還存在一定的局限性。大部分風力發電場所選的設置區域中的土壤表層厚度大概都在二十到三十厘米左右，土壤下方是由各類巖石構成的，其中土壤含有較高的電阻率。通過對大部分風力發電場地進行勘查發現，部分風力發電機組下方區域存在小型的空腔洞穴等問題，同時土壤結構大都為水平分層多層結構，將地極垂直打入地下，隨著深度的增加，反而越無法達到理想效果，同時還會導致材料費用和施工成本的不斷增加。

其次是使用大量的水平接地極，水平接地極應用于風力發電場中擁有較為明顯的降低電阻效果，主要原因是大部分區域中的土壤電阻率并不會隨著土層深度的增加而產生變化。但是大部分施工方通常只看重使用大量的水平接地極，也就是通過射線輻射的方法，以風機為核心，不斷向四周進行輻射。由于雷電流中含有多種頻率成分，其內部等效頻率也高出工頻很多，對于各種小尺寸接地體來說，當雷電電流均經過接地體的時候，不需要思考波過程的問題以及電容電感所產生的影響。但在風力發電場中的水平射線接地體，應該充分結合電感影響，也就是說并不是水平接地體擁有越長的長度就是越好的，大部分風力發電場在設計過程中并沒有涉及到這一點問題，同時還沒有考慮到項目區域中的雷電特征。雷電流在不同質和同土壤中開始散流時，所走的方向不同，為此應該結合土壤特性進行考慮。

二、風力發電機防雷接地建議

（一）掌握風力發電場土壤狀況

因為我國目前在風力發電場雷電防護方面還沒有推出具體的規范條例，同時我國風電項目也一直處于一種持續增長的狀態，不同風電場中擁有不同的雷電防護措施。風力發電場中風電機組的防雷問題其實也是防雷接地方面的問題，文章就此針對山地條件下的風力發電機組防雷接地降阻提出下面幾項建議。

首先在應用降阻劑之前，應該全面掌握風力發電場中的土壤狀況，包括土壤濕度、酸堿度和土壤電阻率等因素。土壤酸堿度對于降組模塊和降阻劑的應用效果具有較大影響，因此在使用降阻模塊和降阻劑的過程中，應該嚴格遵守因地制宜的原則，避免盲目使用降阻劑的問題，必然就會產生相反的后果，一旦更改工程，就會帶來巨大費用。

（二）科學設計接地系統

在設計風力發電機組接地系統時，使用水平接地極的垂直接地極應該充分結合風力發電場現有土壤結構。水平接地極和垂直接地極以及土壤電阻率之間隨著土壤深度的變化而發生改變，為此建議在明確土壤電阻率相關數據信息后，可以通過相關接地分析軟件，解釋土壤結構，比如通過CDEGS軟件包來解釋土壤結構等。總而言之是在了解使用原則的基礎上進行，不然不但發揮不出良好的降阻效果，同時還會造成材料的浪費。

（三）合理進行降阻設計

進行降阻設計過程中，可以充分結合項目區域中的相關閃電資料信息，比如以風力發電機組為核心，掌握三千米或是一千米范圍之內的閃電強度和密度。地閃強度還和接地極沖擊特點之間具有密切的聯系，尤其是水平接地極整體長度，總而言之，在設計接地方案的過程中，應該避免孤立，需要全面結合相關氣象信息進行合理設計。

（四）對地網進行接地電阻測試

最后在初步建成風力發電機組地網后，建議對地網進行接地電阻測試，嚴格遵守國家標準和電力行業相關標準中的電阻測試方法實施。在測試結果滿足設計值要求的條件下，完成裝機工作和地面平整工作，不然就需要對各種接地要點進行排查，及時找出其中的潛在問題，避免工程日后再次進行整改。施工工藝是貫穿于整個施工環節的問題，想要將接地電阻從原來的幾十歐姆減少到幾歐姆容易，但是在結束施工后，想要再次降低一兩歐姆將會變得十分困難，帶來巨大經濟損失[2]。

結語：綜上所述，在設計山地區域的風力發電機組防雷接地任務時，應該充分結合當地的實際閃電信息、土壤結構和土壤狀況，不能一味通過傳統方法設計接地方案，應該堅持因地制宜的設計原則。部分山地土壤能夠腐蝕降組模塊和降阻劑，因此針對這一狀況應該積極選擇高效、可靠的降阻劑，并對現場環境進行全面勘查，結合當地的氣候條件和土壤特點科學使用降阻劑，提高整體效果。

參考文獻：

[1]曾勇.貴州山地風力發電機防雷接地技術研究[C].中國氣象學會：中國氣象學會，2017：7.

[2]吳仕軍，吳安坤.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（06）：889-893.

（作者單位：華能云南富源風電有限責任公司）