探究高濕度高山風(fēng)電場的防雷接地設(shè)計

摘要：雷電災(zāi)害已列入十大災(zāi)害之一，現(xiàn)已列入氣象災(zāi)害。我國的電子元件產(chǎn)品限速的發(fā)展，在國民經(jīng)濟(jì)社會中主要都是由于雷電災(zāi)害影響。針對目前風(fēng)電場來說災(zāi)害比較集中，災(zāi)害主要集中在箱變，箱變是綜合的防雷系統(tǒng)，認(rèn)識雷電特性、沖擊特性，雷電是突變、瞬變，雷電覆蓋面積很廣，防雷接地要從接地系統(tǒng)幾何尺寸設(shè)計、驗收竣工資料方面等來做好防雷接地。本文主要以防雷接地設(shè)計為例，探討如何科學(xué)有效的對防雷接地進(jìn)行設(shè)計，以此來為日后濕度高山風(fēng)電場的安全運(yùn)行提供參考。

關(guān)鍵詞：高濕度;風(fēng)電場;防雷接地

風(fēng)電場在我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)著重要的地位，伴隨著風(fēng)電場建設(shè)數(shù)量的不斷增多，如何確保風(fēng)電場安全、穩(wěn)定的運(yùn)行也成為了相關(guān)部門所面臨的一項重大課題。就目前我國風(fēng)電場的運(yùn)行情況來看，由于多設(shè)在海拔較高的地區(qū)，因此，面臨的雷暴日也相對較多，這就要求風(fēng)電場設(shè)計人員做好必要的防雷接地措施，避免由于雷擊而給風(fēng)電場帶來安全威脅，確保風(fēng)電場的安全運(yùn)行。

一、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的防雷接地網(wǎng)設(shè)計

通常情況下，在對風(fēng)力發(fā)機(jī)組進(jìn)行防雷接地網(wǎng)設(shè)計的時候，首先應(yīng)該在風(fēng)機(jī)內(nèi)部設(shè)置等電位連接網(wǎng)絡(luò)，并確保其構(gòu)造完整，然后在此基礎(chǔ)上結(jié)合風(fēng)電場的實際情況，依據(jù)防雷分區(qū)對防浪涌保護(hù)裝置SPD進(jìn)行正確裝設(shè)，SPD無論是正向擊穿還是反向擊穿，都能夠?qū)︼L(fēng)機(jī)內(nèi)的設(shè)備起到有效的保護(hù)作用。為了能夠更好的將其保護(hù)作用發(fā)揮出來，減少線上感應(yīng)過高的雷電過電壓和過電流對外部連接的箱變的破壞，對于引下線的選擇，應(yīng)該盡可能采用屏蔽電纜。

圖1：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組防雷分區(qū)示意圖

此外，為了進(jìn)一步確保泄流通道的設(shè)計符合需求，在對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組接地網(wǎng)的設(shè)計，應(yīng)該嚴(yán)格遵循以下原則：（1）接地線材質(zhì)合理選擇原則，就目前風(fēng)電場發(fā)電機(jī)組的設(shè)備來看，大多都是鋼鐵制材料，比如說基礎(chǔ)環(huán)、地基鋼筋、塔筒以及機(jī)艙內(nèi)設(shè)備等。因此，設(shè)計人員在對接地體和水平連接體的材質(zhì)進(jìn)行選擇的時候，應(yīng)盡可能以熱鍍鋅鋼材為主。只有這樣，才能夠有效避免因不同金屬存在的電位差而導(dǎo)致的設(shè)備腐蝕問題，避免裸銅在高潮濕環(huán)境條件下容易產(chǎn)生的綠被腐蝕問題。（2）對接地網(wǎng)壽命的有效控制原則，通常情況下，對于風(fēng)電場接地網(wǎng)壽命的設(shè)計，應(yīng)該確保其能夠維持20年以上?？紤]到高濕度高山風(fēng)電場的運(yùn)行環(huán)境容易使設(shè)備產(chǎn)生較大的腐蝕性，因此，應(yīng)采用尺寸偏大些的接地線。目前風(fēng)電場中常用的就是60×6的熱鍍鋅扁鋼，同時要對鍍鋅質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制。（3）接地網(wǎng)外引長度控制原則，一般來說，接地網(wǎng)外引的長度設(shè)置不宜過長，如果較長的話，便無法有效完成降低沖擊電阻的目的。為此，對于接地網(wǎng)外引長度的設(shè)置，首先應(yīng)該對土壤的電阻率進(jìn)行計算，然后根據(jù)計算結(jié)果，對接地線外引長度進(jìn)行合理設(shè)置。（4）連接點的有效設(shè)置原則，在風(fēng)電場防雷接地網(wǎng)的設(shè)計中，最主要的連接點就是風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)接地網(wǎng)和接地引出線的連接，對于此方面的設(shè)計，應(yīng)該使其盡可能將接地引出線敷設(shè)在與箱式變壓器相反的方向。（5）加快雷電流泄放原則，雷電流泄放是風(fēng)電場防雷接地設(shè)計的一個重要組成部分，只有加快雷電流的泄放，才能夠進(jìn)一步確保設(shè)備運(yùn)行的安全性。

根據(jù)上述設(shè)計原則我們可以大致對發(fā)電機(jī)組的防雷接地網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計有一個初步的了解，即利用60×6的熱鍍鋅扁鋼作為材料焊成接地內(nèi)環(huán)、外環(huán)和3根接地扁鋼，3根接地扁鋼由上至下，由里至外分別與接地匯流排、接地內(nèi)環(huán)、外環(huán)牢固焊接，并引出基礎(chǔ)坑外水平向外延伸1.5m，用于與風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)坑外部的接地網(wǎng)連接，以此來構(gòu)成完整的接地系統(tǒng)。

二、風(fēng)機(jī)箱式變壓器的防雷接地設(shè)計

就我國目前風(fēng)電場所采用的箱式變壓器來看，大多都是以1KV和35KV電壓系統(tǒng)為主，這類箱式變壓器在運(yùn)行過程中，對工頻接地電阻具有明確要求，即不能大于4Ω。但是在海拔較高的地區(qū)，想要將電阻控制在4Ω以內(nèi)是非常困難的，就算能夠?qū)崿F(xiàn)，其所需的成本也相對較高。面對這種情況，設(shè)計人員如果想要將此要求充分滿足，可以將風(fēng)機(jī)接地網(wǎng)和箱變接地網(wǎng)二者連接成一個整體，這樣一來，塔筒便可以充當(dāng)避雷針使用，在多雷地區(qū)便可以實現(xiàn)對箱變的有效防護(hù)。

為了更好的實現(xiàn)對箱式變壓器防雷接地的有效設(shè)計，在實際開展設(shè)計工作的時候，設(shè)計人員還應(yīng)該注意以下內(nèi)容：

第一，要確保箱變的外部結(jié)構(gòu)能夠適應(yīng)高海拔的高濕環(huán)境，同時做好必要的密閉性措施。此外，應(yīng)在箱變內(nèi)部設(shè)置性能優(yōu)良的溫濕度控制器，內(nèi)部設(shè)備也應(yīng)該盡可能選用高海拔濕熱型產(chǎn)品，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合箱式變壓器運(yùn)行的實際環(huán)境，對設(shè)備的間距和接地距離進(jìn)行合理設(shè)置。這樣一來，便可以有效增強(qiáng)箱式變壓器的絕緣強(qiáng)度，增強(qiáng)其抗雷擊的能力。

第二，在箱式變壓器投入使用之前，設(shè)計人員可以增設(shè)一組防雷保護(hù)器，保護(hù)器應(yīng)該設(shè)置在變壓器的低壓側(cè)和斷路器之間，保護(hù)器的型式應(yīng)根據(jù)實際情況合理選擇，目前比較常用的型式有開關(guān)型浪涌保護(hù)器SPD和限壓型浪涌保護(hù)器SPD。浪涌保護(hù)器SPD的優(yōu)點主要是對設(shè)備能夠起到良好的保護(hù)作用，但成本相對較高，而且兩種類型的浪涌保護(hù)器SPD均有密閉性較差的缺點，不宜在戶外使用。如果在戶外使用，則會出現(xiàn)保護(hù)器燒壞的情況，嚴(yán)重的甚至還會發(fā)生爆炸，嚴(yán)重威脅著設(shè)備的安全運(yùn)行和工作人員的人身安全。鑒于此，為了能夠?qū)⒎览妆Ｗo(hù)器的作用充分發(fā)揮出來，設(shè)計人員可以采用無間隙型氧化鋅避雷器，該設(shè)備不僅具有良好的密封性能，而且能夠承受相對地的正向過電壓，不會造成反擊，因此更適合應(yīng)用在高濕度高山地區(qū)的風(fēng)電場，而且設(shè)備造價便宜，設(shè)備相關(guān)參數(shù)如表1所示：

表1：無間隙型氧化鋅避雷器具體參數(shù)表

型號

單位

YH1.5W-0.8/3.9G

避雷器額定電壓

KV

0.8

額定頻率

Hz

50

持續(xù)運(yùn)行電壓

KV

0.69

標(biāo)稱放電電流（8/20чs）

KA

1.5

1mA直流參考電壓（不小于）

KV

1.6

雷電沖擊電流（8/20чs）下殘壓（峰值，不大于）

KV

3.9

2ms方波電流

A

600

適用海拔

按實際要求

相對濕度

不小于95%，應(yīng)考慮密封性能措施，應(yīng)能保證在高潮環(huán)境下正常熄弧

第三，無論采用哪一種類型的保護(hù)器對設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，在投入使用之前，運(yùn)行人員都應(yīng)該對設(shè)備進(jìn)行必要的檢測工作，只有檢測合格之后，才可以投入使用。在使用之后，同樣要進(jìn)行檢測，確保防雷保護(hù)器始終處于正常運(yùn)行的狀態(tài)。

第四，對于變壓器中性點的設(shè)備，應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的實際情況，將與之相關(guān)的連接線進(jìn)行合理設(shè)置，應(yīng)確保其盡可能短，且截面應(yīng)足夠大。也就是說，在箱式變壓器的內(nèi)部應(yīng)該做好充分的等電位連接。

第五，箱式變壓器接地系統(tǒng)由60×6的熱鍍鋅接地扁鋼焊成的人工接地體組成，并輔以L60×6×2500的角鋼接地極。地網(wǎng)連接完成后預(yù)留2個接地抽頭，以便與以后的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組后期接地系統(tǒng)連接，此連接點應(yīng)遠(yuǎn)離風(fēng)機(jī)防雷引下線與風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)接地網(wǎng)的連接點。

三、結(jié)語

綜上所述，確保防雷接地設(shè)計的科學(xué)性和合理性是促進(jìn)風(fēng)電場安全、穩(wěn)定運(yùn)行的重要措施，設(shè)計人員需要結(jié)合風(fēng)電場運(yùn)行的實際情況，對防雷接地進(jìn)行合理設(shè)計。然而就目前我國高濕度高山風(fēng)電場設(shè)備、地網(wǎng)的防雷接地設(shè)計的現(xiàn)狀來看，卻仍然存在一些有待完善的地方。因此，在未來的設(shè)計工作中，設(shè)計人員需要多參考?xì)庀髼l件的規(guī)范指導(dǎo)設(shè)計，并不斷積累經(jīng)驗，以此來減少由于雷擊而給設(shè)備造成的破壞，提高風(fēng)電場運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

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