贵州山地风力发电机地网接地电阻检测方法探讨

曾勇 张淑霞 黄钰

摘 要：目前我国尚未制定统一的针对风力发电机组的防雷装置检测的检测规范和技术标准，仍然按照目前建（构）筑物防雷检测标准进行检测。贵州省风力发电建设正处于突飞猛进增长阶段。受到山地气候特征影响，贵州省雷电活动具有复杂性和易损性。本文针对贵州特殊的山地环境，提出了针对山地环境的风力发电机组防雷装置檢测方法，为贵州山地风力发电机组防雷接地设计和雷电防护提供参考。

关键词：雷电；防雷装置；风力发电机；地网；接地电阻

贵州省年平均闪电次数达40～60万次，年平均闪电密度高达10.2次/km2，国内排列第四位，属于多雷区[1]。由于贵州地区风力发电机组通常建设在山头或山脊处，海拔一般上千米以上，加上风力发电机自身机身高度，风力发电机组遭受雷击概率增大。根据省内风电场运行情况，已有多个风电场的风电机组都不同程度遭受雷击危害。目前国内外针对风力发电机组接地网防雷接地电阻检测的标准还没有，现在检测仍然按照国家防雷标准执行。所以，对山地环境下风力发电机防雷装置检测方法进行研究具有必要性。

1 测试内容及方法

1.1 测试内容

本文主要研究对风力发电机组及35kV箱式变电站接地网的防雷检测，对风电场内110/220kV升压站和输电线路杆塔及建筑物防雷装置的检测主要依据规范如GB/T214312008 《建筑物防雷检测技术规范》、GB/T17949.12000 《接地系统的土壤电阻率、接地阻抗和地面电位测量导则》等。风力发电机接地网接地电阻大小是影响雷电流能否快速入地的主要因素。故本文主要分析风机主接地网工频接地电阻检测方法，其他防雷装置测试方法按照常规规程检测。

1.2 测试方法分析

1.2.1 风力发电机接地形式

在对风力发电机组接地网进行检测时，首先必须初步对风力发电机的接地形式及总平面设计有初步了解。根据统一资料，贵州地区风力发电机主要采用环形接地网加辅助接地方式，这与风机所处地域地形地貌及环形地网泄流情况密切相关[4]。在进行实地检测时候，要根据地网设计布置情况制定具体检测方案。

1.2.2 测试方法

在实际的防雷装置检测工作中，主要采用两极法和三极法进行检测。对大型地网会采用异频法和工频电压电流法。两极法测量误差较大，本文主要分析用三极法进行测试。三极法又分为直线法和夹角法两种。

（1）三极直线法。采用直线法，其试验原理接线图如图1所示。按照图1布置好接线方式，电压极引线与电流极引线之间距离不小于10m。假设被测地网的最大对角线长度为D，整个地网中心与地网边缘之间的距离为d，单位为m。那么，dGC取（4～5）（D-d），dGP取（4～5）D×0.618-d；在电极布置时，尽量将电压极引线和电流极引线分开一定距离，不能紧挨并行放线或交叉放线，否则测量误差较大[5]。在利用三极法进行风力发电机组接地网接地电阻测试时，首先要根据风力发电机的地网设计图确定地网的最大对角宽度，圆形地网确实其直径。

（2）夹角法。条件允许时，大型接地装置的工频接地电阻测试可采用电流—电压线夹角布置的方式。电流—电压线夹角约为30度，电流、电压引线长度取dCG=dPG=2D，其测量结果综合相应要求进行修正。由于风力发电机处于山头或山脊，所以采用夹角法进行测量很具有灵活性，测量进度也高。夹角法测量风机地网典型电极布置方式如下图2所示。

在土壤电阻率较均匀的地区，电流极到地网的距离取2D，电压极到地网的距离可取D。

在土壤电阻率不均匀的地区，电流极到地网的距离应取3D，电压极到地网的距离应取1.7D。在贵州山地环境下，土壤一般是不均匀的，存在明显分层结构，所以在进行电极布置时，要首先通过地勘资料或者实际土壤电阻率测试数据分析土壤是否均匀，合理布置电极，较小测试误差。

2 检测建议

由于贵州省特殊的地形地貌以及贵州省防雷减灾中心对省内风力发电机接地网接地电阻检测经验，对贵州山地风力发电机接地网检测提出如下建议：

（1）合理选择测试方法，测试方法选定，放线方式也就确定。因为一台风力发电机组基本占据一个小山头或山脊，实际操作空间有限。要根据风机建设区域实际情况具体分析，不能盲目放线，不然测量误差会更大。

（2）充分利用业主方提供的风力发电机防雷接地网设计图纸，准确分析出地网的最大对角线长度或直径。确定因地网辅助接地如外沿接地的外沿距离及外延点。如果电压极正好打入外沿接地点，测量得到的接地电阻值肯定小，没有测量到风机电网真实接地电阻值。

（3）在每次测量过程中，要利用GPS测量出电压极和电流极的经纬度，并做好及时记录存档。因为当下次进入年检的，在此盲目寻找电压极和电流极位置布置点，测量的结果将会与之前的测量结果差距较大。以前测量结果可能小于4欧姆，按照现在测量方式结果可能大于4欧姆，接地电阻值就不能满足设计要求。所以，要记录好电压极和电流极经纬度，以便于下次测量，这样结果才有可比性。

（4）在贵州地区，由于风力发电机场址区域土壤较少，岩溶岩石居多，如果电压极和电流极打入比较困难，可以在电极区域倒入水适当让打入点侵湿，便于打入测试极的同时又可以让测试电流较好流入大地。风力发电机所处区域土壤绝大多数存在分层结构，在利用三极直线法进行测量时，应该按照水平分层土壤的电极布置方法进行测量[6]。

3 结语

本文对贵州山地风力发电机接地网接地电阻检测方法进行了分析，提出了相关检测建议。防雷接地工程是风力发电场建设工程中一个重要的工程，与风力发电机组的长期安全运行密切相关。而准确的风机地网接地电阻数据将成为接地网是否可靠的评判标准，所以为了减少雷电对风力发电机造成更大危害和给风电运行带来损失，一定要将风力发电机地网防雷检测做的更准确，才能为地网的整改或建设提供参考。同时，在进行风力发电机接地网检测时不仅要参照现行的相关建（构）筑物防雷装置检测标准，还要根据风力发电机组的实际情况进行检测，这样得到的数据才能准确、可靠。

参考文献：

[1]丁旻，邵莉丽，彭芳.贵州省雷暴活动规律与雷电灾害特征相关性分析[J].贵州气象，2009，33（6）：1213.

[2]宋国强，张新燕.风力发电场防雷接地技术[J].电力学报，2012，27（6）：564565.

[3]杨仲江，李玉照，李慧.风力发电场防雷接地技术[J].可再生能源，2010，28（5）：104107.

[4]杨廷方，张航，陈智翔，罗星辰.圆环地网与方形地网冲击特性对比仿真[J].电瓷避雷器，2013，256（6）：6570.

[5]何金良，曾嵘.电力系统接地技术[M].北京：科学出版社，2007.

[6]曾勇，吴安坤，张淑霞.分层土壤接地电阻测试方法研究[J].现代建筑电气，2016，04（9）：3538.

作者简介：曾勇（1986），男，硕士，助理工程师，从事防雷接地技术工作；张淑霞（1987），女，工程师，从事雷电防御技术工作。