摘 要：防雷接地裝置為風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)安全運(yùn)行提供了重要保障，文章分析了風(fēng)機(jī)防雷接地的措施，根據(jù)不同季節(jié)因素對接地電阻率進(jìn)行了區(qū)分。經(jīng)過校驗(yàn)，確定方案中所選的材料滿足熱穩(wěn)定性、腐蝕性的要求，由于土壤電阻率過高，所以為了使設(shè)計(jì)得以滿足，從而選取了細(xì)土與降阻劑按1：8的比例回填土方法，使得接地電阻值達(dá)到要求的范圍。

關(guān)鍵詞：雷電危害；接地電阻；接地方案；降阻

近年來，隨著單機(jī)容量的增加，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的塔架建造得越來越高，因此風(fēng)力發(fā)電機(jī)遭受雷擊的幾率也比過去增加了許多，大力發(fā)展防雷保護(hù)技術(shù)，如何使風(fēng)力機(jī)在遭受雷擊時，使受損的可能性降到最小，成為很重要的課題[1]。

1 雷電危害及其防護(hù)措施

（1）雷電的危害。雷電會帶來嚴(yán)重的危害，就其破壞因素來說，主要來自電效應(yīng)、熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)三個方面。

（2）防雷系統(tǒng)。防雷接地電纜布局：共2根接地引下電纜。葉片防雷：240平橡套電纜一根，直接從主軸滑環(huán)引入塔筒地基的2個相鄰接地點(diǎn)。機(jī)艙防雷及PE：240平橡套電纜一根，直接從主軸滑環(huán)引入塔筒地基的其余的2個相鄰接地點(diǎn)。

2 雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)接地

風(fēng)力發(fā)電基本原理是：風(fēng)機(jī)葉片在風(fēng)力的作用下旋轉(zhuǎn)，并通過傳動軸和變速箱帶動發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電，然后經(jīng)過變壓、調(diào)頻等，再通過電纜送到外部電網(wǎng)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)接地由幾大部分組成。

2.1 輪轂和葉片部分

負(fù)責(zé)吸收風(fēng)能，產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的動力。一般葉片由復(fù)合材料制成，重量輕，有接雷器及疏雷導(dǎo)體，直接接觸雷云。

2.2 機(jī)艙部分

內(nèi)置變速箱、發(fā)電機(jī)組、和發(fā)電機(jī)電氣控制箱部分。電氣部分控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動，偏航對風(fēng)，緊急情況下的剎車等，有風(fēng)速儀架防雷、機(jī)艙P(yáng)E 接地防雷。

2.3 塔筒和地基部分

塔筒為機(jī)艙、葉片等提供支撐，同時也是電纜走線和維修調(diào)試人員的通道，塔底開關(guān)柜控制電力的輸入和輸出。地基接地為圓周均勻布局4根（點(diǎn)）380平鍍鋅母排，接地電阻4到10歐姆，另外可以設(shè)置直流接地1歐姆單獨(dú)接地點(diǎn)，為控制系統(tǒng)單獨(dú)接地抗干擾。

3 風(fēng)力發(fā)電接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 季節(jié)因素對土壤電阻率影響

接地系統(tǒng)的電氣參數(shù)決定于所處的土壤情況。而季節(jié)因素將改變土壤的電阻率。在雨季，風(fēng)電場接地系統(tǒng)所處的土壤，由于雨水的滲入，地表一層土壤的電阻率將比干燥時降低很多倍。而冬季對土壤的冰凍作用將導(dǎo)致土壤地表層的電阻率明顯升高。對土壤電阻率為200Ω·m的均質(zhì)土壤進(jìn)行研究，結(jié)果是一年內(nèi)表層土壤的電阻率在10-5000Ω·m的范圍內(nèi)變化。因此正確的處理方法是將考慮季節(jié)影響的表層土壤和下層未受季節(jié)影響的土壤處理為雙層土壤，通過數(shù)值計(jì)算來分析季節(jié)因素對季節(jié)系數(shù)的影響。考慮到測量的最小深度為10米，可以不考慮季節(jié)系數(shù)的影響，該值可作為設(shè)計(jì)用值。

3.2 風(fēng)機(jī)及箱變接地系統(tǒng)的雷電沖擊特性

3.2.1 沖擊接地電阻

（1）降低沖擊接地電阻的意義。在沖擊電流作用下，接地裝置的阻抗為暫態(tài)阻抗，隨時間而發(fā)生變化。一般將沖擊電壓的最大值與沖擊電流的最大值之比定義為沖擊接地電阻。

風(fēng)機(jī)槳葉頂端避雷片的暫態(tài)電位與沖擊接地電阻Ri密切相關(guān)。在其他因素一定時，沖擊接地電阻Ri越小，避雷片位置的暫態(tài)電位也就越小，發(fā)生雷電閃絡(luò)的概率也就越低。同時，降低沖擊接地電阻Ri，不但能降低槳葉頂端避雷片的最大暫態(tài)電位，也能有效減少暫態(tài)電位的持續(xù)時間，這對提高風(fēng)機(jī)槳葉防雷水平、降低箱變地電位反擊風(fēng)險(xiǎn)、減少對通信、測量系統(tǒng)的電磁干擾非常有利。

（2）土壤電阻率對沖擊接地電阻的影響。土壤電阻率對沖擊電流作用下接地網(wǎng)的暫態(tài)性能有很大的影響。隨著土壤電阻率的增加，沖擊接地電阻也相應(yīng)增加，但當(dāng)土壤電阻率較高時，根據(jù)E=？籽J，在相同的電流密度J下，接地網(wǎng)周圍的場強(qiáng)E隨電阻率？籽的增加而增加較多，土壤的擊穿厚度也相應(yīng)增加，使得土壤擊穿引起的火花效應(yīng)明顯增強(qiáng)，相應(yīng)使得沖擊電阻受電阻率的影響減弱。因此，此時沖擊電阻隨土壤電阻率增加而增加的速度減弱，并有飽和的趨勢。

3.2.2 降低沖擊接地電阻的措施

在工頻時接地網(wǎng)的地電位升決定于接地網(wǎng)格的面積，而與接地網(wǎng)水平導(dǎo)體間距沒有太大關(guān)系。而當(dāng)接地網(wǎng)導(dǎo)體間距小于一定值并逐漸減小時，接地網(wǎng)的沖擊阻抗將急劇減小，這時因?yàn)樵诮拥鼐W(wǎng)的有效面積內(nèi)的導(dǎo)體間距將對接地網(wǎng)的沖擊阻抗產(chǎn)生很大影響。

所以，若考慮降低風(fēng)機(jī)及箱變接地裝置的沖擊電阻、減小雷擊時所產(chǎn)生的電磁干擾，單純擴(kuò)大接地網(wǎng)的面積很難取得良好效果，相對來說，在風(fēng)機(jī)附近增加接地網(wǎng)的導(dǎo)體根數(shù)則更為有效，或者在風(fēng)機(jī)附近增設(shè)幾根垂直接地極也將明顯改善接地系統(tǒng)的防雷性能。

4 降阻措施

4.1 天然導(dǎo)電黏土性能

天然導(dǎo)電黏土是多年前的火山活動形成的，屬于雙面硅氧四面體夾鋁氧八面體層狀結(jié)構(gòu)，因其晶格的電負(fù)性而在層間吸附鈉離子、鎂離子、鈣離子而使其有良好導(dǎo)電性，原礦電阻率小于12歐姆米，按10-30%提純比例生產(chǎn)后成品電阻率可達(dá)7歐姆米，無腐蝕且穩(wěn)定。

4.1.1 A型天然導(dǎo)電土。產(chǎn)品特性：純天然高導(dǎo)電土提純，原土土壤電阻率？籽<12歐姆米，提純率10%，對金屬無腐蝕、對環(huán)境無污染，具有一定保水性能、膠凝性能、粘度。施工方法：a、水溶液膠狀灌注或包覆接地極。b、與工地巖土摻混使用，摻混比例1：5～20。功效：降低接地極接觸電阻及附近散流電阻，延長金屬接地體使用壽命。

4.1.2 B型天然導(dǎo)電土。產(chǎn)品特性：純天然高導(dǎo)電土提純，原土土壤電阻率？籽<12歐姆米，提純率20%-50%，對金屬無腐蝕、對環(huán)境無污染，具有一定保水性能、粘度。施工方法：與工地巖土摻混使用，摻混比例1：5～20。功效：降低接地極接觸電阻及附近散流電阻，延長金屬接地體使用壽命。

4.2 天然導(dǎo)電黏土的降阻穩(wěn)定性能

大多數(shù)土壤具有足夠的潮氣，因此天然導(dǎo)電黏土電極不可能變干。天然導(dǎo)電黏土的吸水性將維持其性能基本保持不變。在特別干的環(huán)境中，天然導(dǎo)電黏土可能效果較差，因?yàn)樘烊粚?dǎo)電黏土將收縮，增加電極接地電阻。因此在安地深接地體施工中，天然導(dǎo)電黏土直接包裹電極使用；而在耙式地線施工中，因?yàn)闇\層土壤含水量經(jīng)常變化，則采取將天然導(dǎo)電黏土與細(xì)土摻混后回填在接地體周圍的工藝，而不會影響在干旱季節(jié)時水平接地線與土壤的接觸電阻，反而因其有從周圍環(huán)境中吸收潮氣的能力，能夠保證土壤的潮濕度而穩(wěn)定土壤電阻率，也就能夠穩(wěn)定耙式地線的接地電阻。

4.3 降阻方案設(shè)計(jì)

5 結(jié)束語

文章主要研究如何降低風(fēng)機(jī)的接地電阻，由于風(fēng)機(jī)的成本、維修費(fèi)用都非常高，所以研究風(fēng)機(jī)的接地電阻是非常重要的。結(jié)合風(fēng)電場不同地質(zhì)環(huán)境，如土質(zhì)、雨水等因素，經(jīng)過相關(guān)計(jì)算，校驗(yàn)方案中所選的材料滿足熱穩(wěn)定性、腐蝕性的要求，使接地電阻值達(dá)到要求的范圍。

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