风力发电场防雷接地工程方案.doc

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风力发电场
防雷接地工程方案
一、概述
目前，风力发电被称为明日世界的能源。由于它属于可再生能源，为人与自然和谐发展提供了基础。而且不像火电、核电、水电会造成环境问题，所以符合社会可持续发展对能源的要求。所以，风力发电已在我国达到了举足轻重的地位。
然而，风力发电机组是在空旷、自然、外露的环境下工作，不可避免的会遭受到直接雷击。由于现代科学技术的迅猛发展，风力发电机组的单机容量越来越大。主体高度约80米、叶片长度约40米、即最高点高度约为120米的风机，在雷雨天气时极易遭受直接雷击。它是自然界中对风力发电机组安全运行危害最大的一种灾害。雷电释放的巨大能量会造成风力发电机组叶片损坏、发电机绝缘击穿、控制元器件烧毁等。
风机的防雷是一个综合性的防雷工程，防雷设计的到位与否，直接关系到风机在雷雨天气时能否正常工作，并且确保风机内的各种设备不受损害。
本方案针对风力发电机组的防雷接地。
二、风力发电厂地貌及接地电阻要求
风力发电场位于河北张家口地区，风力发电功率为1500kw。土壤电阻率比较高，超过450Ω.m。由于有岩石的存在，造成不同深度的土壤电阻率分布不均匀。风机接地电阻要求做到4欧姆。风机基础占地面积大约14×14平方米，距其10m处有一台箱式变压器，其接地电阻值的要求为4欧姆。
三、接地材料的选择及地网设计
接地是指将风机的外壳与大地连接一起，以便在正常运行、事故接地和遭受雷击的情况下，将其接地点的电位固定在允许范围内，从而保证人身和设备安全。风机的接地系统是风机防雷保护系统中一个关键环节。在地网开挖面积有限、土壤电阻率较高的环境条件下，要能达到上面的技术要求，用传统常规的角钢、扁铁等接地材料进行施工是非常困难的。本方案建议采用新型的接地材料：高效低阻接地极。
下面介绍常规接地材料与新型高效接地模块的使用。
1、常规接地材料
一般来说，水平接地体采用不小于40×4mm的热镀锌扁钢，垂直接地体采用不小于50×50×5mm的角钢，每根角钢的长度大约2.5-3米。考虑到减少接地体的屏蔽效应，垂直接地体的间距一般为其长度的1.5至2倍，即为5－6米。
单根垂直接地体的接地电阻Rg，可按下式计算：

在一定的土壤电阻率下，为达到要求的接地电阻值，通常需要若干根垂直接地体。

根据上式计算，在土壤电阻率为450Ω.M的情况下，接地电阻按4Ω考虑，所需3米长的角钢大约也要60多条。占地面积大约42米×42米。
由此可以看出，以现在的风机地貌、可开挖面积来看，用传统的接地材料想达到接地电阻值的要求是非常困难的。
此外，传统金属接地体的接地电阻随气候(土壤潮湿程度)的变化会发生大幅度的起伏，随着腐蚀的加剧地阻也会不断增大。
2、梅花型高效低阻接地体
四川铭士电子科技有限公司是专业生产防雷设备的单位，其生产的高效低阻接地体是一种以非金属材料为主的接地体，由导电性、稳定性较好的非金属矿物质和电解物质组成，它不含对人体有害和污染水源、土壤、环境的有害物质。其特殊的形状增大了接地体本身的散流面积，减小了接地体与土壤之间的接触电阻，接地电阻值低。其优良的吸湿保湿及改善周围土壤导电特性的能力,使接地电阻不断减小而趋于长期稳定。因具有抗盐、酸、碱腐蚀的能力，使用寿命长达50年。特别适用于沙漠、戈壁、盐碱地、高原和常年冻土带等恶劣地质条件的地区。
梅花型高效低阻接地体的技术指标见下表
序号产品型号外形尺寸mm质量kg室温下
电阻率Ω.m工频
接地电阻Ω估算参考式3MSD-ⅢФ260×100052－54≤140.11ρ单根梅花型接地体的接地电阻Rg，可按下式计算：

在一定的土壤电阻率下，为达到要求的接地电阻值，通常需要若干根梅花型接地体。接地体的间距不小于4米。

根据上式计算，在土壤电阻率为450Ω.M的情况下，接地电阻按4Ω考虑，所需梅花型高效低阻接地体25多块。占地面积大约16米×16米。
通过以上计算可以看出，采用梅花型高效低阻接地体，所需数量、占地面积远比传统材料少。
四、技术经济比较
通过以上计算可以看出，采用梅花型高效低阻接地体，所需数量、占地面积远比传统材料少。
1、占地面积
在一般条件下（ρ≤100Ωm）使用金属接地材料，在变电站占地面积内一般
均可达到接地电阻要求。
在ρ≥500Ωm时，由公式Rj=0.5ρ/√s可知，此时土壤电阻率ρ为常值，
若要降低Rj，只有增大√s，此时占地面积S将急剧增大，表现为外接多个外引地网，征地费用大幅增加，总费用剧增，显然是不可取的解决办法。
若在原场地上大规模换土，更需动用几千至几万方粘土，其总费用更是惊人。
采用低电阻接地模块作垂直接地极时：
“低电阻接地模块”采用了一系列降阻技术。首先降低接地极与土壤之间的表面接触电阻，同时成倍增加了接地体的散流面积。由