一、概述

目前,风力发电被称为明日世界的能源。由于它属于可再生能源,为人与自然和谐发展提供了基础。而且不像火电、核电、水电会造成环境问题,所以符合社会可持续发展对能源的要求。所以,风力发电已在我国达到了举足轻重的地位。

然而,风力发电机组是在空旷、自然、外露的环境下工作,不可避免的会遭受到直接雷击。由于现代科学技术的迅猛发展,风力发电机组的单机容量越来越大。主体高度约80米、叶片长度约40米、即最高点高度约为120米的风机,在雷雨天气时极易遭受直接雷击。它是自然界中对风力发电机组安全运行危害最大的一种灾害。雷电释放的巨大能量会造成风力发电机组叶片损坏、发电机绝缘击穿、控制元器件烧毁等。

风机的防雷是一个综合性的防雷工程,防雷设计的到位与否,直接关系到风机在雷雨天气时能否正常工作,并且确保风机内的各种设备不受损害。

本方案针对风力发电机组的防雷接地。

二、风力发电厂地貌及接地电阻要求

例如:一个风力发电功率为1500kw。土壤电阻率超过450Ω.m。由于有岩石的存在,造成不同深度的土壤电阻率分布不均匀。风机接地电阻要求做到4欧姆。风机基础占地面积大约14×14平方米,距其10m处有一台箱式变压器,其接地电阻值的要求为4欧姆。

三、接地材料的选择及地网设计

接地是指将风机的外壳与大地连接一起,以便在正常运行、事故接地和遭受雷击的情况下,将其接地点的电位固定在允许范围内,从而保证人身和设备安全。风机的接地系统是风机防雷保护系统中一个关键环节。在地网开挖面积有限、土壤电阻率较高的环境条件下,要能达到上面的技术要求,用传统常规的角钢、扁铁等接地材料进行施工是非常困难的。接地网属于隐蔽工程,在施工和运行中容易被忽视。当钢质接地网腐蚀严重时,导致接地网及接地引下线截面减小、热稳定性不够、接地电阻增大;当事故出现时,如接地网有缺陷,短路电流无法在土壤中充分扩散,导致接地网电位升高,使接地的设备金属外壳电压升高而危及人身安全或者击穿二次保护装置绝缘,损坏设备,产生重大电气事故,破坏电厂和电网系统的稳定运行。随着国民经济的不断发展,电力系统尤其是电网安全稳定运行的重要性不断提高,接地网防腐已成为亟需解决的重要问题。预防或减轻金属腐蚀,不仅有明显的经济效益,而且有很大的社会效益,同时对促进新技术、新工艺的发展也具有积极意义。

四、防腐蚀措施

4.1 镀锌扁钢

接地扁钢采用热镀锌是多数发电厂、变电站接地装置通常采用的防腐措施,它主要利用了高温热浸时所形成的锌合金层本身的防腐特征。先按满足热稳定要求选择接地扁钢的基本截面,再考虑按日照地区每年平均腐蚀0.2mm(总厚度)的设计要求及30年使用寿命来增加相应镀锌扁钢厚度。但实际上,由于钢材存在点蚀,而点蚀速度比年平均腐蚀率高几倍,因此,部分工程热镀锌钢接地装置的寿命往往达不到设计寿命的要求,有的可能到5-7年左右便腐蚀非常严重,电网内有的变电站的接地装置确实如此,部分工程接地体实际开挖检查的情况验证了这一点。因此,接地装置的可靠性由于热镀锌钢存在点蚀,其设计寿命往往变得不很可靠。虽然在实际运行中可以通过抽样开挖检查,确定腐蚀情况,但由于地网大,引下线数量多,很难保证及时检查到。国内外多次接地装置事故也说明,要加强有关土壤对接地体腐蚀问题的研究。

设计过程中考虑过接地网及引下线按热稳定要求选取镀锌扁钢和角钢的基本截面,增加的金属厚度按接地装置按每10年改造一次设计,虽然新建时投资省,但接地装置的改造费用要数倍于新建时的费用,并且费时较长,不可避免对接地装置的正常工作产生影响。

4.2 镀铜钢接地材料

镀铜钢接地材料具有接近于铜的导电性能及使用寿命、接近于钢的建设造价及机械性能两大卓越优势,在国际上已经有了数十年的成熟应用,它在抗腐蚀性和施工工艺等方面的优势,完全能够替代纯铜接地网和钢地网,使用寿命能达到40年以上,且后期无需维护和改造。镀铜钢材料采用四维连续电镀工艺,铜层厚度依据UL467标准为0.254mm,水平网采用镀铜圆钢成圈供应有效减少焊点次数并提高可靠性,焊接采用世界先进的电子放热焊接,瞬间放热温度为2537度不需要提供外接电源有效保证焊点的全熔合,确保连接点无腐蚀、无松弛,导电能力和原导体保持一致,并且放热焊接操作简单快捷,焊点美观可靠,是真正可靠、牢固、永久的连接。

镀铜钢还具有导电性能优、热稳定性能好、耐腐蚀能力强、施工方便、寿命长、投运后检验维护工作量少、无污染等优点。采用镀铜钢接地材料的接地网中接地体的截面大为减小,施工成本和施工难度因此大幅度降低,加快了工程的建设周期。

五、经济比较

两种接地材料方案的经济比较