刘世华
中国葛洲坝集团电力有限责任公司
摘要：本文对现行标准关于风电机组接地电阻相关要求进行综合分析，指出了风电机组接地工程实施中存在的问题，并提出了相关建议。
关键词：风电机组；防雷；接地电阻；标准
一、引言
近年来，随着风电技术进步与新能源消纳问题的逐步解决，我国风力发电得到长足发展，其中陆上风电2019年新增并网装机达2376万kW，新增装机单机平均功率达2.45MW——风电机组呈现出大型化趋势，更大的容量、风轮直径以及更高的轮毂高度将带来更低的度电成本。但由于风电机组常安装在山顶、山垭或开阔地带等易受雷击的场地，叶片与机舱又处于旋转状态，机组防雷问题十分突出。
目前，风电机组防雷主要通过合理划分雷电防护分区，并采取综合雷电防护系统，包括：在易受雷击的突出部位（叶片、机舱测风仪）安装接闪器或避雷针，以避免机组直接遭受雷击；合理设定雷电泄流路径并保证有效泄流，对易受损的机械传动与偏航机构采取隔离、旁路等措施，以减小雷电流危害；采取等电位连接、屏蔽与合理布线、隔离和协调配合的SPD保护等措施，以降低电力电子等部件遭受雷电电磁脉冲的危害。为快速分散雷电流、避免损害风电机组，并为附近人员和牲畜提供必要的电击防护，风电机组需要设置高效的接地装置。
二、风电机组接地设计的常规做法与接地工程实施中存在问题
（一）风电机组接地设计的常规做法
风电机组（含机组箱式升压变压器，以下简称风机或机组、箱式变）接地按功能分为系统接地、保护接地和雷电保护接地，各功能接地之间相互隔离难度较大，为防止出现反击，并基于工程造价考虑，一般采取共用接地装置，接地电阻应符合各功能接地要求中的最小值。
当前，风机接地设计均设置了独立的接地装置：除利用风机基础钢筋等自然接地体外，为降低跨步电压造成的危害，在机位附近形成一个近似等电位区，人工接地极多为沿基础敷设的一个或多个环形水平接地体（可附加垂直接地体）；如接地电阻值不能满足设计要求时，再敷设放射形水平接地体附加垂直接地体，或采取离子接地极、换土、外引接地等其他降阻措施。
关于风机接地电阻值，从根据目前掌握的工程资料看，设计单位大多按风机制造厂要求执行，而绝大部分厂家对风机接地电阻值均要求不大于4Ω。如《金风兆瓦机组防雷与接地系统设计手册（陆地型）》GW-00JT.0001要求：“a) 单台机组的工频接地电阻R＜4Ω。b)单台机组的工频接地电阻R＜10Ω，此时必须进行多机联合接地，联合接地的工频接地电阻R＜4Ω”。
（二）风机接地工程实施中存在的问题
1.国内外有关标准对风机接地电阻要求不统一。从表1可看出，各标准对风机接地电阻的要求差别较大——风电工程设计目前基本上按《风力风电场设计规范》GB 50196-2015执行，而《电气装置安装工程 接地装置施工及验收规范》GB 50169-2016提出“单机冲击接地电阻不宜超过10Ω；单机工频接地电阻应符合设计要求，不合要求时可采取多机互连或降阻措施”，一定程度上降低了风机接地工程施工难度。
2.风机接地电阻达到设计要求的难度较大。由于我国陆上风电场大多分布在山区、戈壁等区域，其土壤电阻率较高（大多在1500Ω?m以上，部分甚至高达上万Ω?m），风机接地工程实施难度大、造价高，而即使严格按工程设计实施，仍有较多风机接地电阻不能满足设计要求。
3.风机接地电阻测试缺少有指导性较强的标准。目前，《接地装置特性参数测量导则》DL/T 475-2017第9.3节提出“风力发电机组接地装置测试可参照杆塔测试”，即采取直线或夹角的三极法，其中电流极与风机接地装置最外环的直线距离取最大射线长度3～4倍。
由于山区风电场风机平台场地狭小（一般在2000m2以下），风机接地装置既有敷设于平台的环形接地体，又有依山形（或道路）敷设的数条射线接地体或外引接地网，为降低射线及外引接地体对测量数据的干扰，需长距离测量布线（尤
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其是当多台风机接地互连时）十分困难。此外，三级法的应用前提是均匀土壤结构和半球形等效接地体，而山区风电场各机位的地形地貌与地层分布较为复杂，三极法测试误差尚有待验证。
三、关于风电机组接地工程的建议
1.规范并统一风机接地电阻要求
风机接地宜分冲击接地电阻和工频接地电阻提出相应要求，并充分考虑山区风电工程的特殊性。根据有关案例，某风机出口项目的接地电阻高达50Ω，虽采取多机互连措施，但接地电阻远未达到4Ω以下，2013年至今运行良好。
建议规范并统一各标准关于风机接地电阻要求，更加重视、规范风机及箱式变的综合防雷措施，采取必要措施确保接触电势、跨步电压满足相关要求后，不再将“接地电阻不大于4Ω”作为硬性要求。
2.深入研究、提出更具指导意义的风机接地电阻测试方法
建议通过仿真计算与工程实践相结合的方式，提出一种更适合山地风电场地形地貌与地层分布复杂特点的风机接地电阻测试方法，并研究短距离测量多风机互连大型接地网的合理性。
参考文献：
[1] GB/T 50065-2011《交流电气装置的接地设计规范》.
[2] GB 50169-2016《电气装置安装工程 接地装置施工及验收规范》.
[3] 梁富光.丘陵地区大型陆上风电场接地测量研究[J].电瓷避雷器，2019(6):78-84.
[4]陶海亮，王冠峰，杜明慧，余业祥.直驱风机基础接地电阻对安全的影响分析[J].东方汽轮机，2020(1):55-59.
[5]GW-00JT.0001.金风兆瓦机组防雷与接地系统设计手册（陆地型）.