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降低风力发电机组接地电阻和防雷等电位的研究 第25卷第11期 2009年11月 电力科学与工程 ElectricPowerScienceandEngineering V01.25.NO.11 NOv一200921 降低风力发电机组接地电阻和防雷等电位的研究 王东生 (广西地凯防雷工程有限公司,广西南宁530003) 摘要:针对高土壤电阻率地区采用电解地极接地的方法:在风力发电机地网的外围根据土壤电阻率情况埋 设相应的电解地极,用电解地极产生的电解质,降低原地网外一定范围内的土壤电阻率,从而改变了地网 所处的土壤地质环境,降低了地网的接地电阻.分析了如何采用等电位技术防止雷电损坏风力发电机等设 备的方法. 关键词:风力发电机组;接地电阻;防雷 中图分类号:TM614文献标识码:A 1降低接地电阻的方法 在高土壤电阻率地区要降低接地电阻,需要很 大的接地面积,按接地网接地电阻公式 R=0.5 可知,根据土壤电阻率p和所需接地电阻JR,可求 得接地网面积 S=0.52x 假设:风力发电机所在位置的土壤电阻率p= 1000Q?ITI,设计接地电阻R=4Q,则需接地面积 S=0-5,15625m 当土壤电阻~-p=2000Q?m时,风力发电机 则需接地面积S=62500m. 风机所在的位置往往土壤电阻率都很高,而可 做接地的大小一般只有几十m的直径,接地面积很 有限,降低接地电阻值即出现困难. 2实例 (1)内蒙内古灰腾粱300Mw风电场3号风 机所在位置的土壤电阻率p=1186Q?m,设计接地 收稿日期:2009—08—15. 作者简介:王东生(1960一),男,广西地凯防雷工程有限公司 电阻R=4Q,则需接地面积S=21978m. (2)古灰腾梁300MW风电场建220kV升 压变电所位于场址中心区域一座低山脚下,长约 166.00rn,宽约160.00m,总占地面积约26560 m,平均土壤电阻~p=705Q?m,设计接地阻值 R=0.35Q,则需接地面积l014337m..要把 接地电阻降下来则需要上百万m的接地面积. 由以上例子可见,要把风电场的接地电阻降下 来,就需要使用大量的土地,在内蒙古草原上就相 当于会破坏大量的草原植被,这是不可取,也很难 做到的. 3降阻方案 采用电阻率较低的材料如降阻剂,将接地网内 的所有土壤用降阻剂来替换,并辅助打多口深井, 即将接地网等效于一个半球接地体,如图1所示. 图1半球接地体示意图 电力科学与工程2009笠 图中r为半球接地体的半径,其接地电阻 R= z P 根据下述两个案例做一个实际计算. (1)内蒙内古灰腾梁300Mw风电场3号风 机土壤电阻率p=l186Q?m,将接地电阻值降到 R=4Q,需将半球接地体的半径r扩至: r=47.2m (2)风电场220kV升压站平均土壤电阻率p =705Q?m,设计接地阻值R=0.35Q,需将半球 接地体的半径,扩至: r=321m 如用打深井放降阻剂,则3号风机应打很多个 40多m深的井,升压站应打很多个300多m深的 井,这样做成本很高,且仍占用较多土地,显然也 不是理想的解决办法. 从接地电阻的公式可知道,如果能将大于接地 半球r的土壤电阻率降下来,接地电阻值就可以 降下来.具体的方法是:采用向土壤施放电解质的 方法来降低土壤电阻率.选用了一种DK—AG电解 地极,作为施放电解质的载体.该电解地极是在铜 管内填装无毒化合物晶体,不会对环境造成任何污 染,铜管埋于地下,铜管上的呼吸孔吸收土壤的水 分,使化合物晶体变为电解质溶液,又从呼吸孔排 泄出,并向四周流入土壤,在土壤中形成了成片导 外延接地线(热镀锌扁钢) DK-AG电解地极 电率良好的电解质离子土壤.在砂土,岩石地质结 构的地下,电解质液可向砂质粘土的纵深方向和岩 石表面的四周渗透,使原来导电率极差的砂岩地质 结构形成了一个良好的电解质导电通道,从而大范 围地降低了土壤电阻率. 4实例解决方案 (1)内蒙内古灰腾梁300Mw风电场3号风机 接地解决方案:在风机基础外做1圈闭合的接地线, 并引不少于3条接地引线与风机杆塔相连(如图2 所示).该闭合接地线将风机的升压箱变置于地网 内,让箱变和风机杆塔的地电位基本相等.该地网 线的半径约在15ITI左右,在地网的周边外延2至4 条扁钢(如图3所示),每条扁钢长度从风机杆塔算 起不小于半径r,对于3号风机而言r=42.2m. 接地引线 j箱式变压器 图2风机基础等电位接地线连接示意图 闭合接地线(热镀锌扁钢) 图3风机外延接地线连接示意图 (2)风电场220kV升压站接地解决方案:在 升压站内做好均压等电位地网后,在地网的周边外 延4至8条扁钢(如图4所示),每条扁钢长度从 地网中心算起不小于半径,.对于案例的220kV // /)/\ 锌扁