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          2. 談風力發電機組接地電阻阻值的確定

            日期:2014-11-26  閱讀684次

             我國可再生能源法的頒布及實施極大地的促進了風力發電場的建設,風力發電場建設速度的加快拉動了整個風機制造業的發展,到目前全國風力發電場的數量已達到200個,風力發電機組整機制造商是82家,但是風力發電機組的接地電阻阻值目前各風力發電機組整機制造商要求也不一致,過去有的風力發電機組整機制造商要求小于10歐姆,現在多數風力發電機組制造商要求小于4歐姆,也有的風力發電機組整機制造商要求小于等于2歐姆及1歐姆,各有其道理,那么像風力發電機組這樣防雷接地、電氣接地、電子設備接地,三種接地共地的接地方式到底應把接地電阻阻值定位在哪個值上,才能盡量減少雷電給風力發電機組所造成的損壞,確保電氣故障電流不危及運行人員的安全?這對我國雷電活動強烈的沿海地區,特別是東南沿海及海南地區的各個風力發電場而言至關重要。我認為風力發電機組的防雷接地、電氣接地、電子設備接地,三種接地共地時,其接地電阻阻值應定位在不大于1歐姆的位置比較合適,這樣才能減少雷電電流對風力發電機組的正常安全運行的影響,確保電氣故障電流時運行人員的安全及風力發電機組的正常安全運行。

            接地及接地的作用  
                接地就是將建筑物某些點、電氣設備的某些部位、電力系統某點與大地相連。其作用是提供故障電流及雷電流的泄流通道,穩定電位,提供零電位參考點,以保證電力系統,電氣設備,電子設備的正常安全運行,保證運行人員及其他人員的人身安全。接地分類可分為工作接地、保護接地、防雷接地、信號參考地。接地功能是通過接地裝置或接地系統來實現。
            接地電阻
                表征接地裝置或接地系統電氣性能的參數為接地電阻。接地電阻的大、小反映了接地裝置或接地系統流散故障電流、雷電電流能力的高低及保護性能的好壞。接地電阻值越小,流散故障電流、雷電電流能力越高,保護性能越好,但對于土壤電阻率較高的地區而言資金投入也越大,由此觀之,接地電阻阻值的定位對風力發電場的投資、風力發電機組正常安全運行及人身安全都有其重要意義,這就引發了不同的風機制造商對風力發電機組接地電阻阻值有不同的規定。
                為什么不能把風力發電機組的接地電阻阻值定位為小于10歐姆及4歐姆?
                10歐姆接地電阻阻值的由來:從國家有關的規范及標準等資料中大家可以查閱到:接地電阻阻值為10歐姆是輸電線路桿塔接地電阻的最低阻值。在我國DL/T621—1997《交流電氣裝置的接地標準》一書中對此已闡述的非常清楚。10歐姆這個接地電阻阻值也是在土壤電阻率小于500歐姆.米的地區,發、變電站獨立避雷針(含懸掛避雷線的構架)的接地電阻阻值,所以有的風機制造商把風力發電機組的接地電阻阻值定位于小于10歐姆。我們應該說風力發電機組從外觀上看確實與它們有相近之處:它們的建筑結構的高度都很高,有的高壓桿塔(鐵塔)甚至比風力發電機組的塔筒還高,雷雨天遭受雷電的幾率較大,從各桿塔位置的分布距離上看也與風力發電機組的各塔筒位置分布相似,幾百米一個,并分布在曠野之中。但是它們之間確有很大的區別,風力發電機組除其建筑結構(塔筒、機艙外表、葉片)同高壓桿塔、避雷針構架一樣需要做保護接地外,塔筒內部的機械設備、電氣設備(發電機、變壓器、控制系統等)、電子設備也需要接地保護,而且,這些設備是桿塔、避雷針構架內所不具備的,所以現在風力發電機組的接地電阻阻值小于10歐姆的要求已不存在,事實上小于10歐姆的要求在雷雨天產生雷電過電流、電器絕緣故障時它也不能保證運行人員的安全及風力發電機組的正常安全運行。
                風力發電機組的接地電阻阻值小于4歐姆是不是就能保證雷雨天或電器絕緣故障時運行人員的安全及風力發電機組的正常安全運行?風力發電機組與發、變電站相比,它們都有原動機、發電機、變壓器、開關等強電設備,都有DCS控制系統,即集散控制系統(分散控制,集中監視和管理)。在國家的有關規范及標準中已明確規定:發、變電站的接地網及發電機、變壓器的接地電阻阻值應小于4歐姆,這就是說:對于強電設備接地電阻小于4歐姆時應該說在雷雨天能保證風力發電機組的安全運行,在電器絕緣故障時也能保證運行人員的安全,因此,有的風機制造商把風力發電機組的接地電阻阻值定位于小于4歐姆,然而,發、變電站的大規模 DCS控制系統在與電氣接地共用一個接地網時,《中國國電集團公司重大事故預防措施》及原國家電力公司《火力發電廠分散控制系統在線驗收測試規程》中均有明確規定:“DCS系統與電氣系統共用一個接地網時,控制系統接地線與電氣接地網只允許有一個連接點,且接地電阻應小于0.5歐姆”。由此得知:像風力發電機組這樣,防雷接地、電氣接地與DCS控制系統中的電子設備接地共地,且只有一個連接點的接地系統,其接地電阻阻值小于4歐姆時還是無法保證風力發電機組的正常安全運行。
                為了保證風力發電機組的正常安全運行,其接地電阻阻值應定位在不大于1歐姆處比較合適前邊已經談到風力發電機組的DCS控制系統與發、變電站DCS控制系統相比有相同之處,但是風力發電機組的DCS控制系統與發、變電站的DCS控制系統相比差別也甚大。發、變電站內的DCS控制系統一般是大規模DCS控制系統,其模擬量及數字量點約數百到數千個,分布在數百畝站區的不同的位置,而風力發電機組的DCS控制系統是一個非常小的DCS控制系統,DCS控制系統的電子設備都集中在在一個直徑為4.3米的鐵塔筒內,并被鐵制塔筒所屏蔽,并非像發、變電站DCS控制系統那樣集中在廠房內。風力發電機組控制系統電子設備都集中在鐵制塔筒內,這一點與微波塔很相似。雖然風力發電機組是防雷接地、電氣接地、電子設備接地,三種接地共地的接地方式,但是我認為沒有必要去花較大的財力、物力去把接地電阻阻值定位在最小的阻值上,即小于0.5歐姆的位置。即使風力發電機組被直擊雷擊中,但是由于風力發電機組的鐵塔筒、避雷針、基礎內鋼筋網、地下接地網已共同組成了一個良好的接地系統,它也會把強大的雷電電流引入大地,直擊雷擊中鐵塔筒內的電子設備的可能性非常小,擊中屏蔽良好鐵塔筒內金屬電器柜中的電子設備的可能性就更小。此時電子設備(DCS系統中的設備)主要是注意防護LEMP(雷擊電磁脈沖)及過電壓浪涌對風力發電機組DCS系統里的電子設備的破壞。所以我認為:風力發電機組接地電阻阻值應該參照微波鐵塔、雷達站、廣播發射臺、智能信息系統的接地電阻阻值,定位于不大于1歐姆。這在“電力技術”電子設備的防雷接地方式和接地電阻的要求里已做了明確的回答:“電子設備的接地方式有獨立地和合設地。獨立地的接地電阻值除另有規定外,一般不大于4歐姆,并采用一點接地方式。電子設備接地宜與防雷接地共設,其接地電阻不宜大于1歐姆。”
                風力發電機組的接地系統是一個防雷接地、電氣接地、DCS控制系統內電子設備接地共地的接地系統,它的強電設備與DCS控制系統的電子設備又同在一個鐵塔筒內,鐵塔及鐵塔筒內的金屬電器柜對其又有著良好的屏蔽作用。所以我認為:在我國雷電活動強烈的沿海地區,特別是東南沿海及海南地區,為了保證風力發電機組的正常安全運行及人身安全,風力發電機組接地電阻阻值應定位在一個合適的位置,這個合適的位置即不是小于10歐姆,也不是小于4歐姆,應該是不大于1歐姆。
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