風電場升壓站防雷接地設計步驟和方法
風電場升壓站防雷接地
本文主要總結(jié)了風電場升壓站防雷接地設計步驟和方法，風電場升壓站防雷接地設計流程圖如圖1 所示。
圖1 風電場升壓站防雷接地設計流程圖
1 外專業(yè)提資與分析
1.1 總圖
首先要熟悉升壓站的總平面布置圖，主要從以下幾個方面進行分析：
（1）熟悉升壓站各道路、各建筑物布置，明確升壓站面積等參數(shù)。
（2）升壓站所在位置的地形地貌：需要回填的區(qū)域，邊坡的位置，坡度的急緩。
（3）如果場內(nèi)電阻率過高，需要考慮引外路徑。注意所進道路是否已征地，附近
是否有水渠和村莊，水源是否為保護水源。
1.2 土壤電阻率測量報告
仔細閱讀土壤電阻率測量報告，重點關(guān)注土壤電阻率成果表。確定各測線位置，地表濕度，土壤電阻率。
根據(jù)附件1的接地電阻計算軟件可以計算出垂直和水平方向土壤電阻與地網(wǎng)綜合工頻電阻，從而決定是否需要外引地網(wǎng)。
1.3 電氣
電氣提資主要為電氣主接線圖和短路電流計算表，用以計算短路電流與阻抗，從而校驗接地體的熱穩(wěn)定截面。
注意零序阻抗的計算要根據(jù)最不利的情況來選取。如在云霄風電場中，#1主變?nèi)萘繛?1.5MVA，遠景的#2和#3主變?nèi)萘繛?0 MVA 與40MVA，當發(fā)生三相短路時，最糟糕的情況是最大容量變壓器發(fā)生三相短路，故計算零序阻抗的時候Se=50M。
1.4 建筑
了解建筑剖面圖與屋面圖，主要用于建筑防雷提資，以設置防雷接地卡、接閃網(wǎng)、接閃器。
2 建筑防雷提資
2.1 制圖步驟
（1） 確定建筑防雷等級。一般風電場升壓站屬于三類防雷建筑物，根據(jù)文獻[1]
可知第三類防雷建筑物上的接閃網(wǎng)、接閃器應沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷擊的部位敷設，并應在整個屋面組成不大于20m×20m或24m×26m的網(wǎng)格。當建筑物高度超過60m時，首先應沿屋頂周邊敷設接閃帶，接閃
帶應設在外墻外表面或屋檐邊垂直面上，也可設在外墻外表面或屋檐邊垂直面外。接閃器之間應互相連接。
（2） 專設引下線不應少于2根，并應沿建筑物四周和庭院內(nèi)四周均勻?qū)ΨQ布置，
其間距沿周長計算不應大于25m。當建筑物的跨度較大，無法在跨距中間設引下線時，應在跨距兩端設引下線并減小其他引下線的間距，專設引下線的平均間距不應大于25m。
（3） 建筑物宜利用鋼筋混泥土屋面、梁、柱、基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋作為引下線和接地裝
置，當其女兒墻以內(nèi)的屋頂鋼筋網(wǎng)以上的防水盒混凝土層允許不保護時，宜利用屋頂鋼筋網(wǎng)作為接閃器，以及當建筑物為多層建筑，其女兒墻壓頂板內(nèi)或檐口內(nèi)有鋼筋且周圍除保安人員巡邏外通常無人停留時，宜利用女兒墻壓頂板內(nèi)或檐口內(nèi)的鋼筋作為接閃器，同時符合以下規(guī)定：
1）利用基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋網(wǎng)作為接地體時，在周圍地面以下距地面不小于0.5m深，每根引下線所連接的鋼筋表面積總和應按式（1）計算：
S≥1.89kc2 （1）
其中，kc為分流系數(shù)。
2）當在建筑物周邊的無鋼筋的閉合條形混凝土基礎(chǔ)內(nèi)敷設人工基礎(chǔ)接地體時，接地體的規(guī)格尺寸應按下表規(guī)定確定。
表1 第三類防雷建筑物環(huán)形人工基礎(chǔ)接地體的最小規(guī)格尺寸
利用柱子基礎(chǔ)的鋼筋昨晚外部防雷裝置的接地體并同時符合下列規(guī)定時，可不另加接地體（垂直接地極）：
a) 利用全部或絕大多數(shù)柱子基礎(chǔ)的鋼筋作為接地體。
b) 柱子基礎(chǔ)的鋼筋網(wǎng)通過鋼柱，鋼屋架，鋼筋混泥土柱子、屋架、屋面板、吊車梁等構(gòu)件的鋼筋或防雷裝置互相連成整體。
c) 在周圍地面以下距地面不小于0.5m深，每一柱子基礎(chǔ)內(nèi)所連接的鋼筋表面積總和大于或等于0.37m2。
3 直擊雷保護裝置
3.1 位置確定
直擊雷過電壓保護可采用避雷針或避雷線，它們的保護范圍應覆蓋需保護的設施。針對風電場升壓站，設置保護裝置的要點主要有以下幾點[2]：
（1） 主要對屋外配電裝置（包括組合導線和母線管廊）、高建筑物設直擊雷保護
裝置。
（2） 主廠房、主控制室和配電裝置室一般不裝設直擊雷保護裝置；雷電活動特殊
強烈地區(qū)宜裝設直擊雷保護裝置。為保護其他設備而裝設的避雷針，不宜裝在獨立的主控制室和35kV及以下變電所的屋頂上。但采用鋼結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)等有屏蔽作用的建筑物的車間變電所可不受此限制。
（3） 主廠房如裝設避直擊雷保護裝置或為保護其他設備而在主廠房上裝設避雷
針，應采取加強分流、裝設集中接地裝置、設備的接地點盡量遠離避雷針接地引下線的入地點、避雷針接地引下線盡量遠離電氣設備等防止反擊的措施。
（4） 主控室、配電裝置室和35kV及以下變電所的屋頂上如裝設直擊雷保護裝置
時，若為金屬屋頂或屋頂上有金屬結(jié)構(gòu)，則將金屬部分接地；若屋頂為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，則將其焊接成網(wǎng)接地；若結(jié)構(gòu)為非導電的屋頂時，則采用避雷帶保護，改避雷帶的網(wǎng)格為8m~10m，每隔10m~20m設引下線接地。
（5） 露天布置的GIS外殼不許裝設直擊雷保護裝置，但應接地。
（6） 獨立避雷針（線）宜設獨立的接地裝置。在非高土壤電阻率地區(qū)，其接地電
阻不宜超過10Ω。當有困難時，該接地裝置可與主接地網(wǎng)連接，但避雷針與主接地網(wǎng)的地下連接點至35kV以及下設備與主接地網(wǎng)的地下連接點之間，沿接地體的長度不得小于15m。
（7） 獨立避雷針不應設在人經(jīng)常通行的地方，避雷針及其接地裝置與道路或出入
口等的距離不宜小于3m，否則應采取均壓措施，或鋪設礫石或瀝青地面，也可鋪設混凝土地面。
（8） 獨立避雷針、避雷線與配電裝置帶電部分間的空氣中距離以及獨立避雷針、
避雷線的接地裝置與接地網(wǎng)見的地中距離。
a) 獨立避雷針與配電裝置帶電部分、電氣設備接地部分、架構(gòu)接地部分之間的空氣中距離，應符合式（2）的要求：
Sa≥0.2Ri+0.1h （2）
式中，Sa——空氣中距離，m；
Ri——避雷針的沖擊接地電阻，Ω；
h——避雷針校驗點的高度，m。
b) 獨立避雷針的接地裝置與接地網(wǎng)間的地中距離應符合式（3）的要求：
Se≥0.3Ri （3）
式中，Se——地中距離，m。
c) 避雷線與配電裝置帶電部分、電氣設備接地部分以及架構(gòu)接地部分間的
空氣中距離應符合下列要求：
對一端絕緣另一端接地的避雷線：
Sa≥0.2Ri+0.1(h+?l) （4）
式中，h——避雷線支柱高度，m；
?l——避雷線上校驗的雷擊點與接地支柱的距離，m。
對兩端接地的避雷線：
Sa≥β’[0.2 Ri +0.1(h+?l)] （5）
式中，β’——避雷線分流系數(shù)；
?l——避雷線上校驗的雷擊點與最近支柱間的距離，m。
避雷線分流系數(shù)可按式（6）計算：
β′=τR12.4(l+?)
1+l2+?6.2(l2+?)1+≈ll2+?
2+?l+2? （6）
式中，l2——避雷線上校驗的雷擊點與另一端支柱間的距離，l2=l’-?l，m；
l’——避雷線兩支柱間的距離，m；
τt——雷電流泊頭長度，一般取2.6μs。
d) 避雷線的接地裝置與接地網(wǎng)間的地中距離，應符合下列要求：
對一端絕緣另一端接地的避雷線，應按式（3）校驗。對兩端接地的避雷
線應按式（7）校驗：
Se≥0.3β’Ri （7）
e) 除上述要求外，對避雷針和避雷線，Sa不宜小于5m，Se不宜小于3m。
3.2 制圖步驟
（1） 以最新的電氣總平圖為底板，刪除不必要表示的'導線、耐張串等，僅保留構(gòu)
架、建筑及道路等。
（2） 根據(jù)保護范圍計算書制作保護范圍表，可以從計算書選擇性粘貼為ACAD
圖元。折線法避雷針保護范圍計算書見附件2。
（3） 根據(jù)保護范圍表畫出保護范圍，畫保護范圍時確定保護高度。
3.3 注意點
（1） 不同保護范圍用不同層、不同顏色。根據(jù)保護范圍的復雜情況酌情分幾張圖
來畫。
（2） 注意針與針，針與保護物是否有高差。
（3） 使用階梯算法時要畫出斷面。
4 接地平面布置
照明設計是相對簡單的設計，也是電氣設計的基礎(chǔ)。主要數(shù)據(jù)參考中華人民共和國電力行業(yè)標準DL/T 5390-2007火力發(fā)電廠和變電站照明設計技術(shù)規(guī)定。
4.1 水平接地極材料的選擇
參考文獻[1]中的表5.4.1，同時根據(jù)附件3的接地計算書計算得出合適的水平接地極材料。
4.2 制圖步驟
（1） 以防雷保護范圍圖為底板，關(guān)掉保護范圍的層。
（2） 根據(jù)接地計算書的結(jié)論布置網(wǎng)格，有條件的話盡量要在圍墻外設一圈地網(wǎng)。
（3） 根據(jù)文獻[3]的表16-17，結(jié)合實際情況設計升壓站大門入口處的“帽檐式”
均壓帶，如下圖所示：
圖2 “帽檐式”均壓帶示意圖
（4） 對網(wǎng)格進行適當?shù)恼{(diào)整、剪切使地網(wǎng)不穿建筑物。
（5） 對地網(wǎng)邊緣進行修圓角，圓角半徑不小于網(wǎng)格間距的一半。
（6） 在避雷針、避雷器及建筑物的周圍打垂直接地極。在圍墻外的地網(wǎng)打垂直接
地極。
（7） 計算升壓站內(nèi)綜合電阻，如果電阻過高，需要沿溝渠或征地向外引接地極。
（8） 統(tǒng)計材料。
4.3 注意點
（1） 不同保護范圍用不同層、不同顏色。根據(jù)保護范圍的復雜情況酌情分幾張圖
來畫。
（2） 注意針與針，針與保護物是否風電場升壓站防雷接地設計步驟和方法有高差。使用階梯算法時要畫出斷面。
（3） 避雷針、避雷器的集中接地裝置打2.5m
長的垂直接地極。圍墻外的地網(wǎng)一
般情況也打2.5m的垂直接地極，土壤情況差的站打6m的垂直接地極，間距都是約20m左右。
（4） 人工接地體在土壤中的埋設深度不應小于0.5m，一般采用0.8m。并宜敷設
在當?shù)貎鐾翆右韵隆?/p>
（5） 圍繞各設備基礎(chǔ)或建筑物基礎(chǔ)敷設的環(huán)形水平接地極離各建筑物或設備基
礎(chǔ)的距離不宜小于1.5m。
（6） 應結(jié)合三通一平敷設接地極，接地極如遇設備基礎(chǔ)可從旁邊繞過基礎(chǔ)。水平
接地體的間距約為8m。
（7） 獨立針要通過測量井與地網(wǎng)連接。接地測量井兩端導線需與水平接地極相接。 參考文獻
[1] GB 50057-2010,建筑物防雷設計規(guī)范[S].2010.
[2] DL/T 620-1997,交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合[S].1997.
[3] 電力工程電氣設計手冊電氣一次部分[M].北京：中國電力出版社，2006.
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