黃星月

（國(guó)華（赤城）風(fēng)電有限公司，河北 張家口 075500）

在經(jīng)濟(jì)不斷地發(fā)展過(guò)程中，風(fēng)力發(fā)電成為人們十分需要的一種能源。對(duì)于電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，不僅需要進(jìn)行維護(hù)與調(diào)整，還需要應(yīng)用智能化管理方式進(jìn)行操縱。利用先進(jìn)技術(shù)對(duì)一些自然災(zāi)害，如雷電進(jìn)行預(yù)防，確保電力工程設(shè)備的整體安全運(yùn)行，并對(duì)構(gòu)成威脅的事件進(jìn)行正確處理。

1 風(fēng)電場(chǎng)防雷接地系統(tǒng)現(xiàn)狀

隨著我國(guó)環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，越來(lái)越多的人開(kāi)始關(guān)注清潔能源，而風(fēng)力發(fā)電設(shè)備就是較為引人注目的成果之一。對(duì)于風(fēng)力發(fā)電來(lái)說(shuō)，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)一些隱患，十分不利于電力系統(tǒng)的發(fā)展與穩(wěn)定。一些自然災(zāi)害會(huì)對(duì)風(fēng)電系統(tǒng)造成危害，有效對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行監(jiān)督與管理，對(duì)于防雷接地系統(tǒng)的應(yīng)用逐漸提上日常?？梢酝ㄟ^(guò)智能化實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電網(wǎng)絡(luò)的間歇性、直接性控制，將會(huì)大幅度提升網(wǎng)絡(luò)的安全性，不會(huì)將因?yàn)樘鞖鈾z測(cè)的失誤而造成危害。目前而言，我國(guó)風(fēng)電機(jī)組的防雷設(shè)備多設(shè)置在一些自然災(zāi)害頻發(fā)的地區(qū)，防止雷電設(shè)備的應(yīng)用也多設(shè)置在這些地方。在風(fēng)力資源過(guò)剩的地區(qū)，風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)模和風(fēng)電機(jī)組的單機(jī)都會(huì)對(duì)風(fēng)電發(fā)電量造成影響。因此要對(duì)暴露在外部的設(shè)備進(jìn)行防雷保護(hù)，對(duì)于可遭到直擊雷雷擊部分進(jìn)行疏導(dǎo)，防止其遭到破壞。對(duì)于防雷接地系統(tǒng)也要因地制宜，根據(jù)風(fēng)電機(jī)組自身結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)加上當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境進(jìn)行合理的設(shè)置。全方面、多方位地闡述風(fēng)力發(fā)電機(jī)防雷接地系統(tǒng)的使用，便于進(jìn)行科學(xué)化的布局。

對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)防雷接地系統(tǒng)材料的選擇一定要因地制宜。環(huán)境對(duì)于施工來(lái)說(shuō)也是極為重要的，在施工過(guò)程中，如果不能及時(shí)考慮環(huán)境因素，也會(huì)引發(fā)一系列的問(wèn)題。降雨量、熱脹冷縮、晝夜溫差效應(yīng)等都會(huì)影響防雷設(shè)備的效果。在溫差較大的環(huán)境下，冷熱交替明顯，對(duì)于防雷接地材料本身就是一種損害，其結(jié)構(gòu)可能會(huì)發(fā)生改變，所以要加以解決，降低問(wèn)題的出現(xiàn)頻率。[1]

2 風(fēng)電場(chǎng)防雷接地系統(tǒng)

2.1 雷電的原理

雷電是伴有閃電和雷鳴的一種自然現(xiàn)象，它一般產(chǎn)生于積雨云中，由于云雨交加使云中產(chǎn)生電荷。這種電荷比較復(fù)雜，一般以云上為正，云下為負(fù)，形成一個(gè)電差，就會(huì)引發(fā)雷電的發(fā)生。電流也會(huì)有高有低，平均電流是3 萬(wàn)安培，最大電流可達(dá)30 萬(wàn)安培，電壓約為1 億～10 億伏特。這樣的雷電會(huì)在云層中產(chǎn)生，能對(duì)建筑物造成危害。對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)來(lái)說(shuō)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組都是安裝在野外廣闊的平原地區(qū)或半山地丘陵地帶或沿海地區(qū)。在現(xiàn)場(chǎng)中為了能保障風(fēng)力發(fā)電的正常運(yùn)行其設(shè)備一般都會(huì)設(shè)定到一定的高度，有的設(shè)備還會(huì)有百米之高，這樣一來(lái)就很容易在雷電天氣中造成事故。一些風(fēng)機(jī)為了減少阻力其內(nèi)部設(shè)置結(jié)構(gòu)都是非常的緊湊嚴(yán)謹(jǐn)，其中不管是葉片還是機(jī)艙等敏感位置遭受到雷擊，都有可能受到機(jī)艙的高電位反擊。在生活中，雷擊事故常有發(fā)生，比如說(shuō)在空曠地區(qū)的一些高置物體在雷擊天氣中，就算做到很好的防護(hù)也有可能受到雷擊，雷擊事故有時(shí)候是不好控制的。所以要想做好風(fēng)力發(fā)電的防雷，工作人員不應(yīng)該一味的去研究如何減少雷擊事故的發(fā)生，而是應(yīng)該著重地去研究當(dāng)風(fēng)機(jī)受到雷擊的時(shí)候怎樣能迅速的將雷電流引入大地，做出合理的方案，盡可能的減少對(duì)設(shè)備的傷害，從而保障人員的安全，使損失降低到最小的程度。一般情況下，多雷區(qū)相關(guān)數(shù)據(jù)為：地閃密度超過(guò)2.78 次/(km2?a)但不超過(guò)7.98 次/(km2?a)或平均年雷暴日超過(guò)40d 但不超過(guò)90d 的地區(qū)。

2.2 風(fēng)電場(chǎng)防雷接地系原理

雷電會(huì)直接影響到風(fēng)電機(jī)組的正常運(yùn)行，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，風(fēng)電機(jī)組的接地電阻要按規(guī)定設(shè)計(jì)其接地網(wǎng)。在現(xiàn)在的風(fēng)力發(fā)電中，風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)的接地網(wǎng)多為環(huán)形水平接地網(wǎng)，這樣能更好的適應(yīng)風(fēng)機(jī)。

在水平接地網(wǎng)上加垂直接地極。由于不同工程的地質(zhì)條件不同，各個(gè)風(fēng)機(jī)布機(jī)處的土壤電阻率也大不相同，低的為幾十Ω，高的達(dá)到幾千Ω。因此風(fēng)機(jī)的接地電阻差別很大，所達(dá)到的效果也不相同。風(fēng)機(jī)所在位置的土壤電阻率較低，用較小的接地網(wǎng)就可以做到接地電阻小于4Ω，工作接地和防雷接地的接地電阻都可以滿足條件。風(fēng)機(jī)所在位置的土壤電阻率較高，單臺(tái)機(jī)組接地網(wǎng)的接地電阻可以滿足小于10Ω，但不能滿足接地電阻小于4Ω 的要求。

2.3 主要系統(tǒng)構(gòu)成

風(fēng)電場(chǎng)防雷接地系統(tǒng)主要包括風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)和箱變配電設(shè)備接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)、風(fēng)電場(chǎng)升壓站防雷接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)、風(fēng)電場(chǎng)集電線路防雷接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)。風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)和箱變配電設(shè)備接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)是根據(jù)具體的地理位置進(jìn)行估算，以雷擊自然災(zāi)害發(fā)生的頻率等作為參考，可以防雷、保護(hù)接地、工作接地等。要求人工接地網(wǎng)的厚度不小于4mm，寬度不小于60mm，地下深度不少于80cm。

風(fēng)場(chǎng)內(nèi)所有的風(fēng)機(jī)機(jī)位的接地都要符合要求。風(fēng)電場(chǎng)升壓站防雷接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)，要遵循一下操作，地基設(shè)備與自然條件相互為基礎(chǔ)，以人工接地體為補(bǔ)充，形成一個(gè)環(huán)體，利用導(dǎo)電系統(tǒng)進(jìn)行電流的疏導(dǎo)。采用統(tǒng)一接地網(wǎng),從一點(diǎn)到另一點(diǎn)，即一點(diǎn)接地的方式接地。[2]

3 風(fēng)電場(chǎng)防雷接地系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)應(yīng)用

3.1 風(fēng)電場(chǎng)防雷接地離不開(kāi)系統(tǒng)的穩(wěn)定

對(duì)于使用壽命、系統(tǒng)穩(wěn)定等問(wèn)題，必須依靠設(shè)備自身來(lái)解決。要從設(shè)計(jì)、制造和改善領(lǐng)域進(jìn)行探索，找到技術(shù)漏洞及時(shí)進(jìn)行填補(bǔ)。作為防雷接地系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，難度會(huì)隨著實(shí)踐的應(yīng)用而加大，對(duì)于設(shè)備要進(jìn)行不斷的修正與探索，對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的路線、耗能較大的設(shè)備要及時(shí)進(jìn)行更換。改變地線保護(hù)角度桿塔采用單地線且地線保護(hù)角度在25 時(shí),可通過(guò)對(duì)桿進(jìn)行載荷計(jì)算,在鐵塔端設(shè)置雙地線的技術(shù)方案,雙地線保護(hù)角不宜大于10°。在策略上進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換與改善，在控制層面上實(shí)現(xiàn)更為精準(zhǔn)的控制，以應(yīng)對(duì)可能發(fā)生的潛在危險(xiǎn)。對(duì)于可控電抗來(lái)說(shuō)，進(jìn)行自我診斷與檢修時(shí)十分重要的，一個(gè)良好的、健康的系統(tǒng)應(yīng)該可以診斷出存在的問(wèn)題，并及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)與提示。防雷接地同樣需要進(jìn)行技術(shù)上的突破與完善，尤其是接觸材料的選擇，要針對(duì)不同的情況，選擇不同的材質(zhì)。充分考慮電流對(duì)于接觸地方的侵蝕作用，較少不必要的運(yùn)行損耗，以保障其壽命的增加。設(shè)備的創(chuàng)新一定要得到重視，許多新的研發(fā)要及時(shí)投入到使用當(dāng)中，不斷改革傳統(tǒng)防雷接地系統(tǒng)的弊端與不足，杜絕出現(xiàn)傳統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行中的問(wèn)題，有問(wèn)題時(shí)要及時(shí)進(jìn)行糾正。

3.2 改變電阻率

所謂電阻，就是指雷電在產(chǎn)生巨大危險(xiǎn)的時(shí)候，導(dǎo)電設(shè)備將電流倒入大地，直接向遠(yuǎn)處擴(kuò)散所遇到的電阻。接地電阻直接影響到風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的好壞，并關(guān)系到雷電能否安全通過(guò)。因此首先應(yīng)該最大限度地降低接地裝置中的接地電阻,土填電阻率是影響接地電阻的一大因素。要想降低電阻，就要想辦法降低土填電阻率。還要了解地區(qū)降雨量、土壤溫度等，這些方面的地理環(huán)境等因素會(huì)對(duì)電阻率造成影響。由于降雨量影響濕度，這方面很難控制，我們只能從改造土特性來(lái)影響土填電阻率。當(dāng)前要通過(guò)使用降阻劑造成一定的改變，使得土壤的性質(zhì)發(fā)生變化，進(jìn)而達(dá)到想要的效果。風(fēng)機(jī)所在位置的土壤電阻率有高有低，當(dāng)電阻率較低的時(shí)候要想使接地電阻小于4Ω，只要用小小的接地網(wǎng)就可以做到。如果當(dāng)風(fēng)機(jī)所在位置的土壤電阻率較高的時(shí)候，就很難做到接地電阻小于4Ω，但是可以做到單臺(tái)機(jī)組接地網(wǎng)的接地電阻小于10Ω。在山區(qū)如果想要做到接地電阻小于4Ω，在設(shè)置接地網(wǎng)的時(shí)候可以利用山區(qū)的有利位置比如說(shuō)山腳下或者半山腰土壤電阻率低的位置，設(shè)置到這樣較低的位置然后與風(fēng)機(jī)接地網(wǎng)連接，這樣一來(lái)，就做到接地電阻小于4Ω。[3]

3.3 還要采用先進(jìn)的連接工藝

由于防雷接地系統(tǒng)中,容易受到物理、化學(xué)物質(zhì)的腐蝕，如暴露于空氣中、雨水中、地下污染物的風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)備,會(huì)受到不同程度的腐蝕，影響防雷效果。接頭更是成為最易受到腐蝕的地方，所以要加大在先進(jìn)的連接工藝的投入，保證接頭受到較少腐蝕，維護(hù)設(shè)備的安全。傳統(tǒng)的連接工藝主要是電焊，但會(huì)由于高溫的影響發(fā)生質(zhì)變，所以要適當(dāng)涂抹防腐涂層對(duì)表面進(jìn)行維護(hù)。增加的避雷器應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)仡A(yù)期最大首次雷擊電流計(jì)算結(jié)果進(jìn)行選型,如無(wú)相應(yīng)數(shù)據(jù)應(yīng)按照GB/T33629 第6 章第62 條表1 中規(guī)定的首次擊電流計(jì)算。另外，避雷器安裝的間距不應(yīng)小400 米，在海拔1000 米以上及存在線路覆冰的環(huán)境下不宜使用多腔防裝置,增加針在桿塔檔距超過(guò)300 米,兩級(jí)高差超過(guò)100 米的檔段鐵塔安裝避雷針,磁針保護(hù)角度可參照折線法進(jìn)行計(jì)算。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，越來(lái)越多的人開(kāi)始關(guān)注清潔能源，而風(fēng)力發(fā)電設(shè)備就是較為引人注目的成果之一。對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)防雷接地系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其運(yùn)行的穩(wěn)定與否十分重要。一方面要及時(shí)發(fā)現(xiàn)防雷接地系統(tǒng)故障，分析出故障的原因，對(duì)于故障位置進(jìn)行有效處理。另一方面采用技術(shù)避免和減少重大事故的發(fā)生，使得風(fēng)力發(fā)電更加安全，不斷造福人民群眾，為生產(chǎn)與生活帶來(lái)穩(wěn)定的電力，推動(dòng)全行業(yè)的高質(zhì)量的發(fā)展。