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风力发电机组接地工程设计

2012-07-23 16:04
汉水狂客
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  前言:随着风力发电行业的快速发展,由接地问题导致出现的各种运行问题逐步开始暴露。由于早期风力发电机组的接地没有相应的行业和国家标准,导致风力发电机组的接地标准较为混乱,有工程参照企业标准,也有参照电力行业相关标准,并且接地材料的选择也存在问题。随着多年的运行,目前国内风力发电机组较大数量的风场机组运行在高接地电阻状态。本文仅对接地的工程设计提出自己的一些看法。

  1.风力发电机组的接地特点

  风力发电机组的接地主要分为电源共用接地和防雷接地两个部分,其中电源共用接地主要是由于风力发电机组的供配电及传输制式决定的。目前,大多数风力发电电机组的低压端配电采用TN-C制式即三相四线系统,发电机变流器输出与厢式变电站之间是三根火线一根N线,并且N线与基础钢筋笼连接,实际成为NPE线。而防雷接地即包括了基础的部分,也包括了基础之外的增加的地网的部分。一般的设计是在基础上均布三条60×6mm的接地扁钢作为防雷地线与基础环连接,实际上将是作为电源N线地网的辅助和基础地网面积的增加。从防雷角度而言是增加了地网面积,而在土壤电阻率一定的前提下,降低了工频接地电阻。

  2.接地工程设计

  2.1风力发电机组机位的接地电阻计算

  由于机位所处的地质条件不同,所处的土壤电阻率也不同,所以全场机位的接地电阻设计应具备差异性,如图1中显示了不同机位的土壤电阻率,可以看出同一机位不同深度层面的土壤电阻率有着较大变化。

  图1中可以看出9+机位的土壤电阻率的典型值分布,该机位表层土壤电阻率约为2300Ω·m;中层的土壤电阻率达到了3500Ω·m;而到了深层又降低到800Ω·m左右,对于该机位的接地电阻设计应采用不均匀土壤电阻率的接地公式计算。当地质条件具有两层电阻率结构时,其接地电阻为:

  公式(1)

  用公式(1)与均匀电阻率的R进行比较,可计算等值电阻率为:

  其中:

  由于实际工程计算时上下两层土壤的电阻率存在变化,且范围较大不便于进行回归,为此在计算时引入一个系数K,使等值土壤电阻率

  公式(4)

  这样可以把变化率较大的转换在0和1之间的K值,当K=0时,

  有,K=1时,,因此对的回归可以简化为对K值的回归。

  实际上在双层地质条件下水平地网的K值主要与两层地网中上层土壤的电阻率、下层土壤电阻率、上层土壤的厚度S、地网面积A及地网网格的密度M等多个因素的影响,可以表达为:

  K=K0+Km公式(5)

  Km是网格数m的函数,由Kmn和KmA组成,由以上公式即可以推导出双层土壤电阻率条件下的地网接地电阻计算公式简化为:

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