東方電氣風(fēng)電有限公司 岳 偉 白友清 李 磊

1 風(fēng)電場防雷接地系統(tǒng)設(shè)計與施工

風(fēng)電場是電力系統(tǒng)的一部分，電力系統(tǒng)在正常運行期間，其可作為發(fā)電和輸出電力的重要組成部分，故此是嚴(yán)禁造成大型雷電不良事故的。為避免風(fēng)電場遭受雷電，建立有效的防雷接地系統(tǒng)非常重要，并將其用于風(fēng)電場的防雷基礎(chǔ)系統(tǒng)，換句話說，在選址和建筑規(guī)劃之初應(yīng)設(shè)計科學(xué)有效的風(fēng)電場防雷接地系統(tǒng)，并應(yīng)嚴(yán)格按照圖紙和計劃進(jìn)行后續(xù)施工。在質(zhì)量和使用方面確保風(fēng)電場防雷系統(tǒng)可靠性的結(jié)構(gòu)，對于防雷和接地系統(tǒng)不佳的風(fēng)電場，受雷電影響的概率系數(shù)顯著提高。當(dāng)被雷電擊中時產(chǎn)生的強(qiáng)大電流不能及時正確的傳遞到大地中，就會給整個風(fēng)電場系統(tǒng)帶來毀滅性的打擊，而高強(qiáng)度的電壓之下人的生命安全也將受到威脅，這將導(dǎo)致無法預(yù)料的生命和財產(chǎn)損失。因此，風(fēng)電場的防雷接地系統(tǒng)設(shè)計和構(gòu)建過程中的每個步驟都需進(jìn)行多層技術(shù)檢查，以此給生命和財產(chǎn)都帶來最大保障。

1.1 風(fēng)電場防雷接地系統(tǒng)的設(shè)計

風(fēng)力發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)、箱式變電站和配電設(shè)備的防雷接地系統(tǒng)的設(shè)計，是當(dāng)今我國大中型風(fēng)力發(fā)電場最基本、最關(guān)鍵的設(shè)施結(jié)構(gòu)，一個負(fù)責(zé)產(chǎn)生電能而另一個則負(fù)責(zé)電壓在輸出期間的應(yīng)用，主要為輸出期間對電壓的實時管理措施，因此，風(fēng)電場防雷系統(tǒng)的確立中對于風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)和箱式配電的設(shè)計尤為重要，尤其是設(shè)備的防雷接地系統(tǒng)在設(shè)計期間不容忽視，設(shè)計人員需在最合適的位置對風(fēng)電場防雷措施進(jìn)行設(shè)計和施工[1]。在進(jìn)行前期，還要對地方的雷擊災(zāi)害發(fā)生率和地理特征進(jìn)行收集和了解，并以此為設(shè)計參數(shù)，繼而在工程規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)截取最合適的數(shù)據(jù)值進(jìn)行參考，在獲得批復(fù)之后，嚴(yán)格按照計劃進(jìn)行按比例放大施工。

風(fēng)電機(jī)組接地系統(tǒng)的作用是非常巨大的，不光在防雷方面，設(shè)備的保護(hù)接地也有一定的意義，必須連接風(fēng)力渦輪機(jī)地面系統(tǒng)，使用風(fēng)扇底座的基礎(chǔ)系統(tǒng)與箱式變電站和配電設(shè)備相互連接導(dǎo)電，風(fēng)扇和風(fēng)力發(fā)電機(jī)的底座系統(tǒng)使用銅線和其他防雷底座系統(tǒng)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)屬于連接載體，其中風(fēng)力發(fā)電機(jī)和防雷接地系統(tǒng)合為一體，以實現(xiàn)最終的防雷目標(biāo)，任何接地線的存在都具有一定的電阻值，且風(fēng)力發(fā)電機(jī)對接地電阻的要求非常高，因此它們必須滿足指定設(shè)計范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)有強(qiáng)大電流穿梭其中時，電阻值的存在會直接將其化解一部分，以此可做到不超過一定范圍的估計電流。但對于如果可以超過規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，則必須相應(yīng)地鋪設(shè)大量的人工接地網(wǎng)以防止發(fā)生任何意外情況，以免措手不及，造成不可估量的損失。

人工鋪設(shè)接地網(wǎng)也具有一定要求，在材質(zhì)方面要選擇熱鍍鋅扁鋼、其橫截面積須大于60×6mm2，埋入深度也須超過1m。人工接地網(wǎng)的鋪設(shè)方法一般以風(fēng)力發(fā)電機(jī)的地基為中心，完成所有鋪設(shè)后，應(yīng)以同心圓布置接地網(wǎng)，每臺風(fēng)機(jī)的接地電阻均經(jīng)過逐一驗證和測試，接地電阻也應(yīng)符合設(shè)計或規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)[2]。接地體存在的主要作用是將雷電流及時引向地下，因此其設(shè)計的是否專業(yè)合理，將會直接影響到防雷措施是否能達(dá)到預(yù)計的估設(shè)。所以建筑電氣設(shè)計人員在對接地體進(jìn)行設(shè)計時需做到百分百的重視，將其做到符合規(guī)范要求的情況。

1.2 風(fēng)電場升壓站防雷接地系統(tǒng)設(shè)計

升壓站是風(fēng)電場向電網(wǎng)傳輸電能的關(guān)鍵單元，也是重要的組成部分，在這其中升壓站的接地網(wǎng)絡(luò)組成應(yīng)得到重視，其網(wǎng)絡(luò)主要由主變壓器、GIS室和繼電保護(hù)室組成，在設(shè)計升壓站的防雷接地系統(tǒng)時須牢記：首先要最大程度使用自然物接地體，這樣不但能節(jié)省人工的資金，對接地防雷的效果也會相對較高，當(dāng)自然物接地?zé)o法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)時才可使用人工接地網(wǎng)檢查泄漏，同時進(jìn)行人工接地網(wǎng)絡(luò)還應(yīng)嘗試使用封閉的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[3]。接地網(wǎng)應(yīng)以統(tǒng)一的方式鋪設(shè)和連接，接地電阻沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值時，不可為節(jié)約而瞞天過海，應(yīng)直接選用合適的接地物，按照國家規(guī)范數(shù)值為5Ω。

1.3 風(fēng)電場集電線路防雷接地系統(tǒng)設(shè)計

集熱管的主要功能是實時調(diào)節(jié)風(fēng)電場的風(fēng)能，接地系統(tǒng)設(shè)計的成功將直接影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)組整體結(jié)構(gòu)的有效性能之上。在對風(fēng)電場內(nèi)部集電線路進(jìn)行防雷接地系統(tǒng)設(shè)計之初，首要做到符合相關(guān)文件下發(fā)的內(nèi)容風(fēng)電場的要求，電線防雷接地系統(tǒng)的電阻值小于25Ω。

1.4 風(fēng)電場防雷接地系統(tǒng)的施工

在施工過程中，我國熱浸鍍鋅扁鋼通常用作接地系統(tǒng)的主要接地?zé)徨冧\扁鋼，首先確定圓心，通常情況下的取舍標(biāo)準(zhǔn)為以風(fēng)扇基礎(chǔ)的中心開始放置在設(shè)計的同心圓中[4]。安裝風(fēng)扇單元的防雷皮帶和銅線進(jìn)行切實連接，通常情況下的連接點主要可設(shè)置為四處，其規(guī)定流程順序為施工前期的準(zhǔn)備工作、挖取接地溝槽、鋪設(shè)扁鋼、安裝接地裝置等后續(xù)一系列的過程操作，但是值得注意的是在焊接過程中，扁鋼的重疊焊接長度和重疊部分應(yīng)大于扁鋼實際寬度的兩倍且至少3棱柱焊接，操作技術(shù)必須達(dá)到一流水平，必須牢固穩(wěn)定并防止出現(xiàn)錯誤的焊接、裂紋等問題。對于焊接過程中產(chǎn)生的大量粉末也要合理處置，不要留下任何安全隱患，安全面前無小事。另外要考慮到自然環(huán)境下物質(zhì)的老化和腐蝕，因此要對接地系統(tǒng)中所有焊接接頭部分做好防腐的處理，以延長其使用年限和使用壽命。

2 電氣控制系統(tǒng)的防雷保護(hù)

對于整個風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)而言，其本身中控系統(tǒng)就是核心所在，因此對控制系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)元件應(yīng)進(jìn)行及時相應(yīng)的保護(hù)。再加之對于整個系統(tǒng)中最大的威脅就是雷電危害，因此就其保護(hù)機(jī)制方法做如下分析。

電器柜的屏蔽。電氣柜通常情況下處于封閉狀態(tài)，主要是為防止電磁沖脈帶來的干擾，在選擇電氣柜時要選擇薄鋼板材質(zhì)的，這種材質(zhì)下的電氣柜內(nèi)部空間相對較大[5]。對于電源系統(tǒng)，如有電阻器和電容器，則將處于暫停狀態(tài)風(fēng)力渦輪機(jī)的控制系統(tǒng)也是如此，但該控制系統(tǒng)無法承受強(qiáng)電壓的侵入。針對上述情況需對其實施嚴(yán)密保護(hù)，可以將電路有效保護(hù)，其中包括對暫態(tài)二極管或壓敏電阻的使用，在使用中對整個電路系統(tǒng)進(jìn)行防護(hù)，使其和屏蔽后的系統(tǒng)結(jié)合起來，可防止信號或電源的侵入并避免出現(xiàn)瞬態(tài)情況，因此中央控制系統(tǒng)不會受到任何相關(guān)物質(zhì)的干擾。此外暴露在空氣中的組件應(yīng)妥善包裹處理，以防出現(xiàn)漏電等情況的發(fā)生。

供電電源系統(tǒng)的防雷保護(hù)。電源系統(tǒng)的防雷保護(hù)可分為三個級別：第一級雷電保護(hù)是由雷電電泳保護(hù)器產(chǎn)生的保護(hù)機(jī)制，第二個級別的雷電保護(hù)受到電涌保護(hù)器的保護(hù)[6]。第三級保護(hù)是利用現(xiàn)代技術(shù)下終端設(shè)備保護(hù)器所產(chǎn)生的巨大保護(hù)措施。

傳感器采樣信號的防雷保護(hù)。整個電氣中央控制系統(tǒng)使用傳感器來收集和接收信號。傳感器的安裝位置一般會裸露在出現(xiàn)雷區(qū)的危險地帶，所以對于傳感器實施防雷隔離保護(hù)是非常必要的，以此使其在雷區(qū)范圍內(nèi)也可安然正常例行信號的收集[7]。在傳感器正常工作條件下，可使用RS485或RS232通信技術(shù)完成數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。