腐蝕性地質條件下風電場工程接地設計探討

王偉

摘要:本文主要基于腐蝕性地質條件對電力工程接地設計的影響因素，并結合具體的腐蝕性地質條件，就風電場工程的接地設計作了一些具體分析和探討。

關鍵詞:腐蝕性地質；風電場；接地；設計

中圖分類號：S611文獻標識碼： A

電力接地工程本身的特點決定了周圍地質環境對工程效果的決定性影響，脫離了工程

所在地的具體情況來設計接地工程是不可行的?？傮w上電力接地工程的設計優劣主要取決于對當地土壤環境，如土壤電阻率、土層結構、含水情況、季節因數、氣候以及可施工面積等因數。本文主要結合具體的腐蝕性地質條件，就腐蝕性地質條件下風電場工程的接地設計作一些分析和探討。

1腐蝕性地質條件對接地工程的設計影響

根據《交流電氣裝置的接地設計規范》（GB/T 50065-2011），地網設計就基本遵照以下程序：

（1）調查新建接地系統所在地的土壤特性和地質構造，實際測試接地裝置區域的土壤電阻率，并須說明實測時的季節、日期以及實測前土壤是否潮濕及落雨量大小的情況。如當地土壤電阻率較高，則應了解附近有無土壤電阻率較低的地方，是否有水源，如河、溪、湖及井等。如有土壤電阻率較低的地方或有水源時，則應取得其電阻率資料。如根據地質勘測資料，在所設計地區內土壤的性質變化較大，則在不同的土壤地區應分別測得土壤電阻率的數據

（2）確定接地裝置的范圍和接地電阻值大小。

（3）進行接地裝置設計并繪制接地系統布置圖（包括利用的自然接地體）。

（4）根據接地電阻要求及土壤電阻率計算接地極及接地線的數量和截面，并選定材料及埋設方法。

（5）當接地裝置不能符合規定電阻值時，應采用其他措施以降低接地電阻。

（6）編寫施工方案和繪制設計施工圖紙。

（7）檢查接地裝置是否符合設計要求。接地線不得遺漏，連接應牢固完好。

（8）根據實測結果校驗設計。當不滿足時，應補充和完善接地裝置或增加有關防護措施。

以風電工程為例，風電場及其升壓站接地設計對于電氣設備及風機的可靠運行和工作人員的人身安全具有重要影響，接地電阻、跨步電壓以及接觸電壓是風電場接地系統的重要技術指標，是衡量接地系統有效性、安全性以及鑒定接地系統是否符合要求的重要參數。而諸如新疆、甘肅等西部地區由于具有良好風力發電條件，大力發展風電工程建設具有良好的經濟和社會效益，但由于這些地區的場地巖土多具有硫酸鹽強腐蝕性、氯化物弱～中等腐蝕性的特點，這種地質條件對鋼結構接地網、接地極具有中等腐蝕性，部分地區地質條件對鋼結構接地網、接地極具有強腐蝕性。在腐蝕性地質條件下，雖然風電場的接地電阻、跨步電壓與接觸電壓的設計計算值很容易滿足設計要求值，但是其對接地材料的腐蝕性，導致接地材料選擇時使用年限無法滿足現行標準的要求，也對電場的設計、維護和運營帶來重要影響。

2接地電阻的確定

接地裝置性能要求包括它的穩定性、可靠性、壽命、安全電壓和接地電阻值等幾個方面。對于接地系統本身來說，接地電阻是一個最基本的要求。不同用途的接地系統，共用一個總的接地系統時，接地電阻應滿足其中最小值的要求。

影響接地電阻的因素主要包括土壤電阻率、接地體的選擇、施工工藝的合理性以及接地材料的防腐性能等。接地介質最常見的有土壤、混凝土和水三種，最常用的接地是將作為接地極的導體置于土壤中，與土壤緊密接觸，所以土壤電阻率對接地電阻影響很大。

3腐蝕地質條件下風電場接地工程設計方案

3.1工程地質條件

以巴州地區強腐蝕地質條件為例,就接地設計的方案作一些分析。該區場址內地下水埋深較淺，一般4.0 m～5.0 m，地下水流向大致與地面坡向基本一致即由西南流向東北。工程區地下水類型為第四系松散堆積層孔隙性潛水，地下水補給來源主要來自大氣降雨、后緣地下水，土壤電阻率偏低，測得的土壤電阻率為10~15歐姆米，地下水、土壤均具有強腐蝕性，PH在7~8之間。

3.2接地設計重點

在實際工程設計中，由于土壤電阻率偏低，系統接地電阻較易滿足要求。但是對于接地材料如何選擇確是接地設計重點。

風電場接地設計時，充分利用每個風力發電機組基礎內的鋼筋作為自然接地體，根據現場實際情況及土壤電阻率敷設不同的人工接地網，以滿足接地電阻的要求，重點區域加強均勻布置以滿足接觸電勢和跨步電壓的要求。根據風機廠家提供的資料，風力發電機組的接地電阻值按R≤4?設計，風機接地除利用基礎鋼筋接地外，另敷設水平接地網和垂直接地極，并回填黃土來降低電阻。水平接地網采用 60mm×6mm鍍鋅扁鋼，敷設成外圍為圓型連接的放射性網格，且在接地網的每個連接點敷設一根Ф50、長2.5m的鍍鋅鋼管垂直接地極。

由于地下水、土壤均具有強腐蝕性，據以往工程經驗，若使用鍍鋅扁鋼做為單一接地材料，在工程建成幾年后就會因接地材料腐蝕，接地材料界面達不到規范規定的熱穩定要求，使用壽命達不到設計的20~30年使用壽命。

3.3強腐蝕地質接地設計方案的思路

由于接地體的腐蝕，使接地體與周圍土壤的接觸電阻變大，特別是在酸性土壤中，接地體的腐蝕速度相當快，因此總體思路是防腐降阻。

（1）土壤電阻率在20歐姆米以下，按規范應采用碳鋼加陰極保護的防腐措施，不宜采用銅材。

（2）接地網陰極保護分為犧牲陽極陰極保護和外加電流陰極保護。風電場風機接地網一般較小，不超過1000m2，土壤電阻率較低，且一般接地網范圍內電阻率分布均勻，按規范規定宜采用犧牲陽極陰極保護。

（3）在通電情況下測得的金屬構筑物與接觸該表面的電解質處的銅/硫酸銅參比電極間的電位為－0.85V或更小。當參比電極無法接近金屬構筑物表面時，應注意土壤介質中電流流動造成的IR降的影響。

結論與總結：

由于土壤的接地電阻、巖層結構以及腐蝕性對電力工程接地設計具有重大的影響力，因此在進行風電場接地系統的設計之前，必須了解接地系統所處位置的土壤電阻率、大地結構和腐蝕性能以便更好地進行接地的設計、分析和計算。

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