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计算陆上风电机组接地电阻方法优化

时间:2023-06-19 理论教育 版权反馈
【摘要】:因此,设计计算中需要根据不同风电机位置处的土壤电阻率情况,对每台风电机进行单独分析计算,以满足风电机组接地电阻的要求。对于风电机组这类容易受到雷击的高耸建筑物,除了普通的工频接地电阻外,还应考虑冲击接地电阻。单台风电机的接地电阻计算有以下4种方案。

计算陆上风电机组接地电阻方法优化

8.2.2.1 土壤电阻率选择

对于风电机组,接地电阻是衡量接地系统的有效性、安全性以及鉴定其是否符合要求的重要参数。对于接地装置而言,要求其接地电阻越小越好,因为雷电流总会选择传导性最好(即电阻最低)的路径传输,接地电阻越小,散流就越快,跨步电压、接触电压也越小。当发生接地短路故障或其他大电流入地时,如果接地电阻值比较大,就会造成接地网电位升高异常,给运行人员带来安全隐患,还可能造成反击,对风电机组内的设备造成危害。影响接地电阻的主要因素有土壤电阻率,接地体的尺寸、形状及埋入深度,接地线与接地体的连接等。其中,接地装置周围的土壤电阻率的高低很大程度上决定了接地电阻的大小、地网地面电位分布、接触电压和跨步电压。影响土壤电阻率的因素主要有土壤含水量、结构性、质地、含盐量、离子类型及浓度、温度等因素。

土壤中的实际情况相当复杂,即使是同一地区,土壤电阻率也不均匀,在垂直和水平方向上有很大的差异。在工程上,通常选择一个等值土壤电阻率进行计算。假定某个接地网测试了多个点A、B、C、D、…、N,每个点在不同深度处进行了测试,每个点的各层土壤电阻率分别为ρ1、ρ2、…、ρn,对应深度为d1、d2、…、dn。对于A点,工程上的计算方法为

根据式(8-6),B、C、D点按同样方法进行计算,得出不同位置处土壤电阻率数值分别为ρA、ρB、ρC、ρD、…、ρN,最终等值土壤电阻率值为

需要注意的是,接地装置要考虑季节因数。因为,土壤电阻率是随季节变化的,规范所要求的接地电阻实际是接地电阻的最大许可值。为了满足这个要求,接地网的接地电阻要求达到式(8-8)的要求,即

式中 Rmax——接地电阻最大值,就是4Ω的接地电阻值;

w——季节因数,根据地区和工程性质取值,常用值为1.45。

另外,考虑到冻土会加大土壤电阻率数值,增加散流难度,因此在冻土地区敷设接地网时,应适当加深接地网的敷设深度,尽量将接地网敷设于冻土层以下。

8.2.2.2 接地计算方法

对于风电机组的接地设计,每个风电场工程的地质条件不同,即便是同一工程,各台风电机布置处的地质情况也大不相同,其土壤电阻率低的则几百欧·米,高的将达到上万欧·米。因此,设计计算中需要根据不同风电机位置处的土壤电阻率情况,对每台风电机进行单独分析计算,以满足风电机组接地电阻的要求。

冲击接地电阻是指冲击电流流过接地装置时,假定接地装置对地电位峰值与通过接地体流入地中瞬时电流的比值。对于风电机组这类容易受到雷击的高耸建筑物,除了普通的工频接地电阻外,还应考虑冲击接地电阻。冲击接地电阻无法通过测量方法取得,需要通过测出单台风电机接地网的工频接地电阻后,根据冲击接地电阻与工频接地电阻之间的关系计算得出。单台风电机的接地电阻计算有以下4种方案。

1.单台风电机水平复合接地网工频接地电阻

式中 Rg——风电机工频接地电阻,Ω;

ρ——土壤电阻率,Ω·m;

S——接地网面积,m2

2.单个垂直接地极接地电阻(www.xing528.com)

式中 RV——单个垂直接地极接地电阻,Ω;

l——接地极的长度,m;

d——接地极的等效直径,m。

3.单台风电机冲击接地电阻

式中 Rt——单台风电机冲击接地电阻,Ω;

I——雷电冲击电流,kA;

α1——水平接地网冲击系数;

α2——垂直接地极冲击系数;

m——水平接地网为0.9,垂直接地极为0.8;

β——系数,水平接地网为2.2;垂直接地极为0.9;

η——屏蔽系数,取0.7。

4.单台风电机冲击接地的有效半径

式中 r——单台风电机冲击接地的有效半径,m。

从式(8-9)和式(8-10)可以看出,风电机组的工频接地电阻主要与所处位置的土壤电阻率、基础接地网的面积直接有关;而从式(8-11)~式(8-13)可以看出,冲击接地电阻与基础接地网的工频接地电阻、冲击系数、屏蔽系数等相关;风电机组冲击接地网的有效半径与土壤电阻率有关,土壤电阻率越低,其作用的有效范围越小。值得注意的是,风电机组冲击接地网的有效半径是限制在一定范围内的,超出该范围,超出部分的接地网将无法起到均压和散流作用,从而造成资源的浪费。

根据以上结论,不难得出,对于风电机组的防雷接地设计,增大接地网面积4倍,其工频接地电阻才变成原来的一半。同时,其冲击接地是有一定范围的,通过无限制地加大接地网的面积而降低接地电阻的做法效率低下,不但增加了投资,也增加了施工的难度。

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