探究高湿度高山风电场的防雷接地设计

摘要：雷电灾害已列入十大灾害之一，现已列入气象灾害。我国的电子元件产品限速的发展，在国民经济社会中主要都是由于雷电灾害影响。针对目前风电场来说灾害比较集中，灾害主要集中在箱变，箱变是综合的防雷系统，认识雷电特性、冲击特性，雷电是突变、瞬变，雷电覆盖面积很广，防雷接地要从接地系统几何尺寸设计、验收竣工资料方面等来做好防雷接地。本文主要以防雷接地设计为例，探讨如何科学有效的对防雷接地进行设计，以此来为日后湿度高山风电场的安全运行提供参考。

关键词：高湿度;风电场;防雷接地

风电场在我国社会经济发展中占据着重要的地位，伴随着风电场建设数量的不断增多，如何确保风电场安全、稳定的运行也成为了相关部门所面临的一项重大课题。就目前我国风电场的运行情况来看，由于多设在海拔较高的地区，因此，面临的雷暴日也相对较多，这就要求风电场设计人员做好必要的防雷接地措施，避免由于雷击而给风电场带来安全威胁，确保风电场的安全运行。

一、风力发电机组的防雷接地网设计

通常情况下，在对风力发机组进行防雷接地网设计的时候，首先应该在风机内部设置等电位连接网络，并确保其构造完整，然后在此基础上结合风电场的实际情况，依据防雷分区对防浪涌保护装置SPD进行正确装设，SPD无论是正向击穿还是反向击穿，都能够对风机内的设备起到有效的保护作用。为了能够更好的将其保护作用发挥出来，减少线上感应过高的雷电过电压和过电流对外部连接的箱变的破坏，对于引下线的选择，应该尽可能采用屏蔽电缆。

图1：风力发电机组防雷分区示意图

此外，为了进一步确保泄流通道的设计符合需求，在对风力发电机组接地网的设计，应该严格遵循以下原则：（1）接地线材质合理选择原则，就目前风电场发电机组的设备来看，大多都是钢铁制材料，比如说基础环、地基钢筋、塔筒以及机舱内设备等。因此，设计人员在对接地体和水平连接体的材质进行选择的时候，应尽可能以热镀锌钢材为主。只有这样，才能够有效避免因不同金属存在的电位差而导致的设备腐蚀问题，避免裸铜在高潮湿环境条件下容易产生的绿被腐蚀问题。（2）对接地网寿命的有效控制原则，通常情况下，对于风电场接地网寿命的设计，应该确保其能够维持20年以上。考虑到高湿度高山风电场的运行环境容易使设备产生较大的腐蚀性，因此，应采用尺寸偏大些的接地线。目前风电场中常用的就是60×6的热镀锌扁钢，同时要对镀锌质量进行严格控制。（3）接地网外引长度控制原则，一般来说，接地网外引的长度设置不宜过长，如果较长的话，便无法有效完成降低冲击电阻的目的。为此，对于接地网外引长度的设置，首先应该对土壤的电阻率进行计算，然后根据计算结果，对接地线外引长度进行合理设置。（4）连接点的有效设置原则，在风电场防雷接地网的设计中，最主要的连接点就是风机基础接地网和接地引出线的连接，对于此方面的设计，应该使其尽可能将接地引出线敷设在与箱式变压器相反的方向。（5）加快雷电流泄放原则，雷电流泄放是风电场防雷接地设计的一个重要组成部分，只有加快雷电流的泄放，才能够进一步确保设备运行的安全性。

根据上述设计原则我们可以大致对发电机组的防雷接地网系统设计有一个初步的了解，即利用60×6的热镀锌扁钢作为材料焊成接地内环、外环和3根接地扁钢，3根接地扁钢由上至下，由里至外分别与接地汇流排、接地内环、外环牢固焊接，并引出基础坑外水平向外延伸1.5m，用于与风机基础坑外部的接地网连接，以此来构成完整的接地系统。

二、风机箱式变压器的防雷接地设计

就我国目前风电场所采用的箱式变压器来看，大多都是以1KV和35KV电压系统为主，这类箱式变压器在运行过程中，对工频接地电阻具有明确要求，即不能大于4Ω。但是在海拔较高的地区，想要将电阻控制在4Ω以内是非常困难的，就算能够实现，其所需的成本也相对较高。面对这种情况，设计人员如果想要将此要求充分满足，可以将风机接地网和箱变接地网二者连接成一个整体，这样一来，塔筒便可以充当避雷针使用，在多雷地区便可以实现对箱变的有效防护。

为了更好的实现对箱式变压器防雷接地的有效设计，在实际开展设计工作的时候，设计人员还应该注意以下内容：

第一，要确保箱变的外部结构能够适应高海拔的高湿环境，同时做好必要的密闭性措施。此外，应在箱变内部设置性能优良的温湿度控制器，内部设备也应该尽可能选用高海拔湿热型产品，并在此基础上结合箱式变压器运行的实际环境，对设备的间距和接地距离进行合理设置。这样一来，便可以有效增强箱式变压器的绝缘强度，增强其抗雷击的能力。

第二，在箱式变压器投入使用之前，设计人员可以增设一组防雷保护器，保护器应该设置在变压器的低压侧和断路器之间，保护器的型式应根据实际情况合理选择，目前比较常用的型式有开关型浪涌保护器SPD和限压型浪涌保护器SPD。浪涌保护器SPD的优点主要是对设备能够起到良好的保护作用，但成本相对较高，而且两种类型的浪涌保护器SPD均有密闭性较差的缺点，不宜在户外使用。如果在户外使用，则会出现保护器烧坏的情况，严重的甚至还会发生爆炸，严重威胁着设备的安全运行和工作人员的人身安全。鉴于此，为了能够将防雷保护器的作用充分发挥出来，设计人员可以采用无间隙型氧化锌避雷器，该设备不仅具有良好的密封性能，而且能够承受相对地的正向过电压，不会造成反击，因此更适合应用在高湿度高山地区的风电场，而且设备造价便宜，设备相关参数如表1所示：

表1：无间隙型氧化锌避雷器具体参数表

型号

单位

YH1.5W-0.8/3.9G

避雷器额定电压

KV

0.8

额定频率

Hz

50

持续运行电压

KV

0.69

标称放电电流（8/20чs）

KA

1.5

1mA直流参考电压（不小于）

KV

1.6

雷电冲击电流（8/20чs）下残压（峰值，不大于）

KV

3.9

2ms方波电流

A

600

适用海拔

按实际要求

相对湿度

不小于95%，应考虑密封性能措施，应能保证在高潮环境下正常熄弧

第三，无论采用哪一种类型的保护器对设备进行保护，在投入使用之前，运行人员都应该对设备进行必要的检测工作，只有检测合格之后，才可以投入使用。在使用之后，同样要进行检测，确保防雷保护器始终处于正常运行的状态。

第四，对于变压器中性点的设备，应该根据系统运行的实际情况，将与之相关的连接线进行合理设置，应确保其尽可能短，且截面应足够大。也就是说，在箱式变压器的内部应该做好充分的等电位连接。

第五，箱式变压器接地系统由60×6的热镀锌接地扁钢焊成的人工接地体组成，并辅以L60×6×2500的角钢接地极。地网连接完成后预留2个接地抽头，以便与以后的风力发电机组后期接地系统连接，此连接点应远离风机防雷引下线与风机基础接地网的连接点。

三、结语

综上所述，确保防雷接地设计的科学性和合理性是促进风电场安全、稳定运行的重要措施，设计人员需要结合风电场运行的实际情况，对防雷接地进行合理设计。然而就目前我国高湿度高山风电场设备、地网的防雷接地设计的现状来看，却仍然存在一些有待完善的地方。因此，在未来的设计工作中，设计人员需要多参考气象条件的规范指导设计，并不断积累经验，以此来减少由于雷击而给设备造成的破坏，提高风电场运行的安全性和稳定性。

参考文献：

[1]杜华.高湿度高山风电场的防雷接地设计[J].红水河，2014（03）.

[2]李慕杰.九宫山风水场的技术创新与实践[J].水电与新能源，2013（03）.

[3]张建军.国电武川红山风电场防雷接地设计与研究[D].华北电力大学，2013.

[4]李玉照，李慧，朱浩.风力发电场防雷接地技术[J].可再生能源，2010（05）.

[5]董燕萍.试论高海拔风电场防雷减灾方案[J].四川水力发电，2013