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[培训考核] 大型风力发电场接地工程研究

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发表于 2010-7-29 20:50:15 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 hysamson 于 2010-7-30 18:40 编辑

1、前言

  随着全球对低碳经济的关注,国家对新能源产业的政策扶持,国内的风力发电产业近年来得到了迅猛的发展。笔者观察到,对于风电行业的高速发展国内的呼声无外乎是发展过速、产能过剩;在风电整机制造业和上下游产业链不断完善的背景下,风力发电场的安全运行也逐渐的得到了投资方的关注。

  国内的风电是从2007年开始步入高速发展期的,随着全球CDM交易的活跃程度,中国几大能源集团都把风力发电作为新的经济增长点。但是,风力发电机组的运行安全,在风力发电场的早期建设阶段没有得到足够的重视,防雷、接地就是其中重要的环节。

  2、风电接地,设计之忧

  风力发电机组的接地可以说是个老大难问题,因为其处于各种环节的边缘。对于,电力勘察设计单位对于接地电阻的的设计往往过于简单,不能根据实际的地质情况提出有效的解决方案、而对于风力发电整机生产企业,仅对保障机组运行安全提出接地电阻的技术要求、而这个接地电阻的大小就落在了土建施工的头上,而实际的土建施工单位紧紧按照基础设计图纸进行基础的浇筑施工,并不管其接地电阻的大小、作为整个环节中的监理单位,由于缺乏防雷接地的专业监理资质,往往对于接地电阻的要求过于轻视,导致风力发电机组在安装调试后常年在接地电阻的高位运行。由于风力发电机组的特点,高接地电阻往往造成的后果是,地电位漂移、抬升导致相地电压抬升使电控设备烧毁、甚至烧毁箱变。

  而接地电阻过高导致的另一个问题就是,雷击发生时造成的地电位反击事故,造成主控柜内设备的烧毁等事故。

  笔者通过某项目中的接地电阻汇总与设计院的接地设计进行分析后发现,设计院的设计基本上是单一的针对同一土壤电阻率进行设计的,而通过实际调查发现49.5MW的小规模风场,每台机位的土壤电阻率都不相同,在地表以下不同深度土壤电阻率存在较大的变化,而专业的防雷公司一般会按照不同的情况对单台机组提出不同的技术设计方案。

  2.1土壤电阻率对接地电阻的影响风电材料设备

  土壤电阻率的大小直接影响达到目标接地电阻的成本,目前国际国内的风力发电企业对接地电阻的要求一般为2、4或者10欧姆,从成本上讲;相同的土壤电阻率条件下,达到2欧姆的成本最高,达到10欧姆的成本最低。由于电力勘察设计单位对接地网的设计过于单一,所以往往无法达到设计的接地电阻要求,而需要重新对基础的接地电阻进行整改施工。从表1中可以看出,不同机位下不同深度的土壤电阻率有着很大的区别.根据不同的接地电阻分布情况制定不同机位的防雷接地设计方案是控制防雷接地成本的有效措施。

  2.2多机联合接地的问题

  曾有不少防雷专家提出应该将整个风场的风机进行联合接地,这一提法实质说明防雷专家对接地工程中的误解。任何两台机组的间距至少在300米以上,为了避免尾流的影响甚至距离会更远,那么按照雷电冲击电阻的极限半径考虑,100米是雷击冲击电阻的最大半径,也就是说雷电流在大地的传播过程中,最长也就是200米。所以,把整个风场进行联合接地的提法显然是不合适的,从成本控制的角度也不符合经济原则。笔者,2010年曾到过某风场,A号风机的接地电阻小于B号机组,但A号机组遭雷击后,B号相邻的机组缺由于地电位反击事故造成了SVC柜的烧毁,这也从侧面说明了多机联合时,不同机组的接地电阻不同会造成相邻机组的地电位反击事故。

  2.3.接地电阻的波动变化

  工程的初设通过后,就是进场的施工。对于接地工程而言,很多公司认为很简单、很容易,有些公司就是边设计边施工便测量,只要达到设计接地电阻往往就草率收工这就是由于不懂接地工程的特点,往往会留下隐患。接地工程的特点一般接地电阻在施工完毕后短期内会呈现一个较低的状态,而经过一个周期的低阻态后会迅速向高攀升,主要的原因在于施工后的土壤酸碱度与原土壤的酸碱度存在浓度差异,当接地施工结束后,地网中会因为接地电流的注入形成原电池电化学反应,加速原土与回填土之间的电化学渗透,之后经过一个高阻态周期后接地电阻才会达到长时间的稳定。

  工程的设计管理就是要掌握这个过程,在施工完毕后不急于对接地的电阻进行测量,而是经过一段时间后才进行接地电阻的测量,主要目的就是为了使地网实现长期的稳定。但由于季节的变化,土壤中含水率的不同,接地电阻会存在一个年波动率Rs/a,正常情况下接地电阻的年波动率一般在50%左右,既在最干旱的季节进行测量时,接地电阻是设计电阻的0.5倍。

  3.施工组织设计与管理

  完善周密的施工组织计划是保障工程顺利竣工的前提。对于风力发电厂的接地而言,如果工程队伍一台一台的进行施工,很难想象其如何保证工期的计划时间。一般而言,应针对不同机位的特点进行划分。例如,某风场中33台机组的分布:7台处于沙漠环境、15台处于山顶,并且是天然承台基础、11台处于山麓位置,基本属于风化岩条件;施工单位完全可以根据不同地质条件有序的分配工程机械,对于较难施工的山顶,重点分配工程机械和人手,对于较容易施工的沙漠条件,酌情调配人力和设备,这样分成三个工程组,既可以保障同步施工,提高时间利用率,又可以灵活调度工程设备,使工程机具得到最大的发挥。

  4.工程的验收与测量方法

  风场接地的工程验收一般是由业主或总承包方来组织的,由于防雷的行政管理权属于气象部门,所以很多地方的风电场防雷接地验收都是由当地的气象局防雷中心进行验收;但也有一些地方风场是由电力勘察设计院组织接地工程的验收。从行政管辖权及验收的第三方单位来讲,风力发电场的接地验收目前较为混乱,只要表现为两个问题:

  4.1责权不清

  风力发电场的接地项目究竟是防雷项目还是土建接地施工项目,这一点在设计与验收时不明确,如果属于防雷项目,则由气象主管部门验收,但如果不属于防雷项目则不应由气象主管部门验收,因为在电力建设工程中也有接地工程项目。

  4.2验收的标准与测量方法

  气象主管部门的接地测量一般采用德国美翠接地电阻测试仪,或者采用要表式接地电阻测试仪(也有用4012等电子表)。这两种测试仪器只适合测量小型接地网络,而对于风力发电机组的接地,地网半径一般都大于30米,所以从测量方法上气象主管部门所使用的测量仪器无法满足实际的测量要求;对于风力发电机组接地的测量标准应按照DL471中规定的测试方法进行测量,所以,应对风力发电机组的接地应划为电力接地项目。

  对于电力系统的防雷与接地项目的检测验收2010年4月1日开始实施的《气象灾害防御条例》中已经明确,电力系统的防雷与接地属于特殊行业,其工程项目的检测验收由电力主管部门与气象主管部门共同颁发防雷检测资质,由专业的检测单位按照电力行业的相关标准进行检测。

  5.结束语

  风电行业是一个正处于高速发展期的行业,由于风力发电行业的相关标准不完善,风电防雷与接地没有相应的行业和国家标准,造成技术标准上的空洞是形成现在风电防雷接地检测验收存在混乱的原因,随着工信部对风电行业准入标准的制定,随着行业的不断成熟,相信风电行业相关标准制度的完善,对于风电行业自身的防雷接地也会有自己的行业标准。
发表于 2015-11-8 13:57:19 | 显示全部楼层
好好学习,谢谢!
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