腐蚀性地质条件下风电场工程接地设计探讨

王伟

摘要:本文主要基于腐蚀性地质条件对电力工程接地设计的影响因素，并结合具体的腐蚀性地质条件，就风电场工程的接地设计作了一些具体分析和探讨。

关键词:腐蚀性地质；风电场；接地；设计

中图分类号：S611文献标识码： A

电力接地工程本身的特点决定了周围地质环境对工程效果的决定性影响，脱离了工程

所在地的具体情况来设计接地工程是不可行的。总体上电力接地工程的设计优劣主要取决于对当地土壤环境，如土壤电阻率、土层结构、含水情况、季节因数、气候以及可施工面积等因数。本文主要结合具体的腐蚀性地质条件，就腐蚀性地质条件下风电场工程的接地设计作一些分析和探讨。

1腐蚀性地质条件对接地工程的设计影响

根据《交流电气装置的接地设计规范》（GB/T 50065-2011），地网设计就基本遵照以下程序：

（1）调查新建接地系统所在地的土壤特性和地质构造，实际测试接地装置区域的土壤电阻率，并须说明实测时的季节、日期以及实测前土壤是否潮湿及落雨量大小的情况。如当地土壤电阻率较高，则应了解附近有无土壤电阻率较低的地方，是否有水源，如河、溪、湖及井等。如有土壤电阻率较低的地方或有水源时，则应取得其电阻率资料。如根据地质勘测资料，在所设计地区内土壤的性质变化较大，则在不同的土壤地区应分别测得土壤电阻率的数据

（2）确定接地装置的范围和接地电阻值大小。

（3）进行接地装置设计并绘制接地系统布置图（包括利用的自然接地体）。

（4）根据接地电阻要求及土壤电阻率计算接地极及接地线的数量和截面，并选定材料及埋设方法。

（5）当接地装置不能符合规定电阻值时，应采用其他措施以降低接地电阻。

（6）编写施工方案和绘制设计施工图纸。

（7）检查接地装置是否符合设计要求。接地线不得遗漏，连接应牢固完好。

（8）根据实测结果校验设计。当不满足时，应补充和完善接地装置或增加有关防护措施。

以风电工程为例，风电场及其升压站接地设计对于电气设备及风机的可靠运行和工作人员的人身安全具有重要影响，接地电阻、跨步电压以及接触电压是风电场接地系统的重要技术指标，是衡量接地系统有效性、安全性以及鉴定接地系统是否符合要求的重要参数。而诸如新疆、甘肃等西部地区由于具有良好风力发电条件，大力发展风电工程建设具有良好的经济和社会效益，但由于这些地区的场地岩土多具有硫酸盐强腐蚀性、氯化物弱～中等腐蚀性的特点，这种地质条件对钢结构接地网、接地极具有中等腐蚀性，部分地区地质条件对钢结构接地网、接地极具有强腐蚀性。在腐蚀性地质条件下，虽然风电场的接地电阻、跨步电压与接触电压的设计计算值很容易满足设计要求值，但是其对接地材料的腐蚀性，导致接地材料选择时使用年限无法满足现行标准的要求，也对电场的设计、维护和运营带来重要影响。

2接地电阻的确定

接地装置性能要求包括它的稳定性、可靠性、寿命、安全电压和接地电阻值等几个方面。对于接地系统本身来说，接地电阻是一个最基本的要求。不同用途的接地系统，共用一个总的接地系统时，接地电阻应满足其中最小值的要求。

影响接地电阻的因素主要包括土壤电阻率、接地体的选择、施工工艺的合理性以及接地材料的防腐性能等。接地介质最常见的有土壤、混凝土和水三种，最常用的接地是将作为接地极的导体置于土壤中，与土壤紧密接触，所以土壤电阻率对接地电阻影响很大。

3腐蚀地质条件下风电场接地工程设计方案

3.1工程地质条件

以巴州地区强腐蚀地质条件为例,就接地设计的方案作一些分析。该区场址内地下水埋深较浅，一般4.0 m～5.0 m，地下水流向大致与地面坡向基本一致即由西南流向东北。工程区地下水类型为第四系松散堆积层孔隙性潜水，地下水补给来源主要来自大气降雨、后缘地下水，土壤电阻率偏低，测得的土壤电阻率为10~15欧姆米，地下水、土壤均具有强腐蚀性，PH在7~8之间。

3.2接地设计重点

在实际工程设计中，由于土壤电阻率偏低，系统接地电阻较易满足要求。但是对于接地材料如何选择确是接地设计重点。

风电场接地设计时，充分利用每个风力发电机组基础内的钢筋作为自然接地体，根据现场实际情况及土壤电阻率敷设不同的人工接地网，以满足接地电阻的要求，重点区域加强均匀布置以满足接触电势和跨步电压的要求。根据风机厂家提供的资料，风力发电机组的接地电阻值按R≤4Ω设计，风机接地除利用基础钢筋接地外，另敷设水平接地网和垂直接地极，并回填黄土来降低电阻。水平接地网采用 60mm×6mm镀锌扁钢，敷设成外围为圆型连接的放射性网格，且在接地网的每个连接点敷设一根Ф50、长2.5m的镀锌钢管垂直接地极。

由于地下水、土壤均具有强腐蚀性，据以往工程经验，若使用镀锌扁钢做为单一接地材料，在工程建成几年后就会因接地材料腐蚀，接地材料界面达不到规范规定的热稳定要求，使用寿命达不到设计的20~30年使用寿命。

3.3强腐蚀地质接地设计方案的思路

由于接地体的腐蚀，使接地体与周围土壤的接触电阻变大，特别是在酸性土壤中，接地体的腐蚀速度相当快，因此总体思路是防腐降阻。

（1）土壤电阻率在20欧姆米以下，按规范应采用碳钢加阴极保护的防腐措施，不宜采用铜材。

（2）接地网阴极保护分为牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护。风电场风机接地网一般较小，不超过1000m2，土壤电阻率较低，且一般接地网范围内电阻率分布均匀，按规范规定宜采用牺牲阳极阴极保护。

（3）在通电情况下测得的金属构筑物与接触该表面的电解质处的铜/硫酸铜参比电极间的电位为－0.85V或更小。当参比电极无法接近金属构筑物表面时，应注意土壤介质中电流流动造成的IR降的影响。

结论与总结：

由于土壤的接地电阻、岩层结构以及腐蚀性对电力工程接地设计具有重大的影响力，因此在进行风电场接地系统的设计之前，必须了解接地系统所处位置的土壤电阻率、大地结构和腐蚀性能以便更好地进行接地的设计、分析和计算。

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