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1、非金属材料复合接地单元在风力发电机组接地中的应用摘要：风能已经成为目前国内最具潜力和活力的新能源之一，风力发电是目前最成熟的可再生能源发电技术。随着风力发电的飞速发展，风电机组单机容量和风电场规模的增大，对风力发电机组的安全运行也提到了一个广受关注的高度，风力发电机组能否安全运行，很大程度上取决于风力发电机组接地装置，接地电阻值是衡量风力发电机组接地装置是否符合规程要求的主要指标。电气设备的接地装置常使用如扁钢、扁铜、钢管、圆钢、角钢等接地材料，但在较复杂的土壤条件下，其接地效果往往不能达到要求，无法保证电气设备正常可靠地运行，本文在分析非金属材料复合接地单元在降低接地电阻原理的基础上，结合有
2、关标准、资料，阐述了非金属材料复合接地单元在中电投宁夏中卫香山风电场工程风力发电机组接地中的应用情况。关键词：风力发电机组 接地材料 土壤电阻率 复合接地单元 接地电阻1、概述风能已经成为目前国内最具潜力和活力的新能源之一，风力发电是目前最成熟的可再生能源发电技术。随着风力发电的飞速发展，风电机组单机容量和风电场规模的增大，对风力发电机组的安全运行也提到了一个广受关注的高度，风力发电机组能否安全运行，很大程度上取决于风力发电机组接地装置，接地电阻值是衡量风力发电机组接地装置是否符合规程要求的主要指标。2、各种接地材料简介3、非金属材料复合接地单元简介3.1、复合接地单元结构图及原理图（1）复合
3、接地单元结构图（2）复合接地单元原理图3.2、非金属材料复合接地单元降低接地电阻的原理接地网的接地电阻主要由接地体及其连接材料的自身电阻、接地体与周围土壤的接触电阻以及入地电流在土壤中的扩散电阻构成，其中接地体与土壤的接触电阻和入地电流在土壤中的扩散电阻是接地电阻的主要部分，占接地电阻的98%以上。非金属材料复合接地单元与传统接地体相比具有以下显著特点：（1）降低接触电阻：复合接地单元的主体材料以高目数的非金属导电石墨为主体材料，其极小的颗粒可以很好地与各种土壤达到分子级的接触，有效接触面积远远大于传统的金属接地体，有效散流面积也得到了极大地提高；另外其内部富含的吸湿保湿剂也使得接地体和周围土
4、壤的接触更加密实，从而可获得较低的接触电阻。因此能显著提高接地效率，减少地网占用土地面积。（2）降低扩散电阻：复合接地单元其非金属接地部分共分为两层，上层富含比例较大的吸湿保湿剂，以吸附大气降水保湿为主；下层富含大量电解质离子，其随的离子散发性，可使其离子耗散至接地体周围3m5m的土壤中，并形成稳定的离子层，在大范围内降低土壤电阻率，从而降低土壤中的扩散电阻。（3）接地电阻稳定：复合接地单元自身有很强的吸湿保湿能力，使它周围的土壤保持湿润，保证复合接地单元有效发挥导电作用；同时，接地体中导电物的导电特性不受干湿度、高低温等季节变化的影响，因此能确保稳定的接地电阻。（4）减少地电位反击：复合接地
5、单元的非金属材料使电阻率相差巨大的金属与土壤之间形成一个变化比较平缓的低电阻区域，当大电流冲击时，可降低接地体、接地线暂态电位梯度，降低跨步电压和接触电压，减少发生地电位反击的概率。（5）使用寿命长：复合接地单元的主体本身是抗腐蚀材料，它的金属骨架采用的是表面经抗腐蚀处理的金属材料，因此该接地体总体抗腐蚀性能优良，使用寿命达到三十年以上。3.3、非金属材料复合接地单元的性能特点（1）由于采用非金属导电材料作为导电介质，不仅耐腐蚀而且无毒、无污染，对环境无不良影响。（2）施工方便，大大减小了施工工程量，且使用寿命长，理论寿命大于30年，远大于传统接地材料。（3）稳定性好，经多次大电流冲击后，复合
6、接地单元电阻值不增大，亦不变硬、发脆，无断裂现象，导电性亦不受季节影响。3.4 非金属材料复合接地单元的施工便捷性与经济性（1）复合接地单元尺寸为800mm（400mm+200mm）60mm，埋设时一般采用垂直埋设，其较大的一端朝上，较小的一段朝下，埋设方便，减小了施工难度与工程量。（2）对于施工难度极大的地质，则可以使用复合接地单元平铺或侧立埋设，接地效果基本不受影响。 （3）单块复合接地单元价格仅数百元人民币，相对于使用年限来讲，成本较低。4、降低风力发电机组接地电阻在风电工程中的具体运用4、1总述作为风电场主要设备的风力发电机组，常常安装于山顶、山谷和沿海岛屿区域，易遭受雷击，而导致设备
7、受损严重，难以修复使用，因此对于100kVA 以上的风力发电机组，要求接地电阻R4。宁夏中卫香山风电场是宁夏自治区规划的十大风场之一，该项目整体规划装机容量100万千瓦。该项目地处宁夏中卫市沙坡头区，常年干旱少雨，年雷暴日为86d，属中雷区。西安优耐达电子科技有限公司对本工程施工现场进行了勘察，得到的平均土壤电阻率约为2000m。由于本工程风机周围地质条件较差，可施工面积小，采用扩大接地网面积或外引接地网的方式难度极大，且施工工程量非常大，经过经济技术比较，最终决定采用复合接地单元配合常规接地网进行施工，并在复合接地单元周围施加一种特性与复合接地单元相同的离子缓释剂，以达到更好的接地散流和降阻
8、效果，具体方案如下：每台风机的接地网以风机中心为圆心设置环形水平接地网，内圈圆环半径为12m，中圈半径为22m，外圈半径为32m，同时从风机中心向外敷设数根水平接地体与环形水平接地体相交，水平接地体采用-608 热镀锌扁钢，埋深冻土层下。在水平接地网内合理埋设复合接地单元，总数为21块，每块复合接地单元周围施加适量离子缓释剂，接地沟或坑的回填土采用电阻较低的粘土并夯实。a、 根据DL/T 6211997交流电气装置的接地，“以水平接地体为主边缘闭合的复合接地极（接地网）的接地电阻可用下式计算： 式中：Rn任意形状边缘闭合接地网的接地电阻，； Re等值(即等面积、等水平接地极总长度)方形接地网的
9、接地电阻，； S接地网的总面积，m2； d水平接地极的直径或等效直径，m； h水平接地极的埋设深度，m； L0接地网的外缘边线总长度，m； L水平接地极的总长度，m。计算得：Rn=35.27（）b、根据西安优耐达电子科技有限公司提供的复合接地单元接地电阻计算公式：单块复合接地单元的接地电阻： 1=K-土壤电阻率，（m）K-离子缓释剂影响系数，取0.26则单块复合接地单元的接地电阻：Rm=0.1261 Rm=65.52多块复合接地单元的接地电阻：Rb= Rm/n Rb=4.33（） n-复合接地单元的数量 n=21块 -复合接地单元数量及间距影响系数 =0.78c、水平接地体与多块复合接地单元并
10、联的接地电阻：R=（Rn Rb）/（Rn +Rb） =3.87（）4、费用比较4.1 新材料特别适合于岩石地质。4.2 减少了接地极的数量，接地网（扁钢）长度也减少约10%-20%，减小了施工量。使接地极坑石方开挖量大大减少，缩短了整个施工周期。原来需采用液压破碎锤凿孔（孔深约2.2m）,孔径大，每基风机及箱变接地坑开挖约需3天左右。而采用模块，开挖深度为0.7米左右，孔径小。4.3 接地效果好，在工程初期，做过相应的对比试验，采用钢管接地方式，虽然采取了换土，添加降阻剂、增加土壤湿度等方法，电阻值始终难以达到要求的数值。4.4 今后的维护简便，根据其他风电场的经验，在运行几年后，因为土壤含水
11、率等条件的变化及其他因素的影响，接地电阻会发生一定的变化，而达不到要求，钢管接地方式进行换填处理或增加降阻剂（离子缓释剂）；工作量很大，而模块接地方式，开挖量很小，只需增加少量的降阻剂（或离子缓释剂）即可。5、 结论宁夏中卫香山风电场一、二、三期工程共99台风机的接地装置已敷设安装完毕，技术人员对每台风机的接地电阻进行了实测，结果为2.33.5，均满足设计要求，同时减少了工程量并降低了工程费用。复合接地单元对降低风力发电机组的接地电阻起到了良好的效果。接地产品的种类很多，各自特点和优势也不一样，设计时应根据不同情况合理采用合适的接地产品，以达到最好的接地效果。参考文献1 DL/T 621-1997交流电气装置的接地，北京：中国电力出版社，1997。2 DL/T 620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合，北京：中国电力出版社，1997。3 GB5005794（2000 年版）建筑物防雷设计规范，北京：中国计划出版社，2000。4 熊礼俭。风力发电新技术与发电工程设计、运行、维护及标准规范实用手册，北京：中国科技文化出版社， 2006。5 李景禄，胡毅，刘春生。实用电力接地技术；北京：中国电力出版社，2004。6
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