風(fēng)電場升壓站防雷接地設(shè)計(jì)步驟和方法
風(fēng)電場升壓站防雷接地
本文主要總結(jié)了風(fēng)電場升壓站防雷接地設(shè)計(jì)步驟和方法，風(fēng)電場升壓站防雷接地設(shè)計(jì)流程圖如圖1 所示。
圖1 風(fēng)電場升壓站防雷接地設(shè)計(jì)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(gè)方面進(jìn)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(jìn)道路是否已征地，附近
是否有水渠和村莊，水源是否為保護(hù)水源。
1.2 土壤電阻率測量報(bào)告
仔細(xì)閱讀土壤電阻率測量報(bào)告，重點(diǎn)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(jì)算軟件可以計(jì)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(jì)算表，用以計(jì)算短路電流與阻抗，從而校驗(yàn)接地體的熱穩(wěn)定截面。
注意零序阻抗的計(jì)算要根據(jù)最不利的情況來選取。如在云霄風(fēng)電場中，#1主變?nèi)萘繛?1.5MVA，遠(yuǎn)景的#2和#3主變?nèi)萘繛?0 MVA 與40MVA，當(dāng)發(fā)生三相短路時(shí)，最糟糕的情況是最大容量變壓器發(fā)生三相短路，故計(jì)算零序阻抗的時(shí)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(shè)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(jí)。一般風(fēng)電場升壓站屬于三類防雷建筑物，根據(jù)文獻(xiàn)[1]
可知第三類防雷建筑物上的接閃網(wǎng)、接閃器應(yīng)沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷擊的部位敷設(shè)，并應(yīng)在整個(gè)屋面組成不大于20m×20m或24m×26m的網(wǎng)格。當(dāng)建筑物高度超過60m時(shí)，首先應(yīng)沿屋頂周邊敷設(shè)接閃帶，接閃
帶應(yīng)設(shè)在外墻外表面或屋檐邊垂直面上，也可設(shè)在外墻外表面或屋檐邊垂直面外。接閃器之間應(yīng)互相連接。
（2） 專設(shè)引下線不應(yīng)少于2根，并應(yīng)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(jì)算不應(yīng)大于25m。當(dāng)建筑物的跨度較大，無法在跨距中間設(shè)引下線時(shí)，應(yīng)在跨距兩端設(shè)引下線并減小其他引下線的間距，專設(shè)引下線的平均間距不應(yīng)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(dāng)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(hù)時(shí)，宜利用屋頂鋼筋網(wǎng)作為接閃器，以及當(dāng)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(shí)，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(shí)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(shí)，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(yīng)按式（1）計(jì)算：
S≥1.89kc2 （1）
其中，kc為分流系數(shù)。
2）當(dāng)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(shè)人工基礎(chǔ)接地體時(shí)，接地體的規(guī)格尺寸應(yīng)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(shí)符合下列規(guī)定時(shí)，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(hù)裝置
3.1 位置確定
直擊雷過電壓保護(hù)可采用避雷針或避雷線，它們的保護(hù)范圍應(yīng)覆蓋需保護(hù)的設(shè)施。針對(duì)風(fēng)電場升壓站，設(shè)置保護(hù)裝置的要點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)[2]：
（1） 主要對(duì)屋外配電裝置（包括組合導(dǎo)線和母線管廊）、高建筑物設(shè)直擊雷保護(hù)
裝置。
（2） 主廠房、主控制室和配電裝置室一般不裝設(shè)直擊雷保護(hù)裝置；雷電活動(dòng)特殊
強(qiáng)烈地區(qū)宜裝設(shè)直擊雷保護(hù)裝置。為保護(hù)其他設(shè)備而裝設(shè)的避雷針，不宜裝在獨(dú)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(shè)避直擊雷保護(hù)裝置或?yàn)楸Ｗo(hù)其他設(shè)備而在主廠房上裝設(shè)避雷
針，應(yīng)采取加強(qiáng)分流、裝設(shè)集中接地裝置、設(shè)備的接地點(diǎn)盡量遠(yuǎn)離避雷針接地引下線的入地點(diǎn)、避雷針接地引下線盡量遠(yuǎn)離電氣設(shè)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(shè)直擊雷保護(hù)裝置
時(shí)，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(dǎo)電的屋頂時(shí)，則采用避雷帶保護(hù)，改避雷帶的網(wǎng)格為8m~10m，每隔10m~20m設(shè)引下線接地。
（5） 露天布置的GIS外殼不許裝設(shè)直擊雷保護(hù)裝置，但應(yīng)接地。
（6） 獨(dú)立避雷針（線）宜設(shè)獨(dú)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(dāng)有困難時(shí)，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(diǎn)至35kV以及下設(shè)備與主接地網(wǎng)的地下連接點(diǎn)之間，沿接地體的長度不得小于15m。
（7） 獨(dú)立避雷針不應(yīng)設(shè)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(yīng)采取均壓措施，或鋪設(shè)礫石或?yàn)r青地面，也可鋪設(shè)混凝土地面。
（8） 獨(dú)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(dú)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(dú)立避雷針與配電裝置帶電部分、電氣設(shè)備接地部分、架構(gòu)接地部分之間的空氣中距離，應(yīng)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(yàn)點(diǎn)的高度，m。
b) 獨(dú)立避雷針的接地裝置與接地網(wǎng)間的地中距離應(yīng)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(shè)備接地部分以及架構(gòu)接地部分間的
空氣中距離應(yīng)符合下列要求：
對(duì)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(yàn)的雷擊點(diǎn)與接地支柱的距離，m。
對(duì)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(yàn)的雷擊點(diǎn)與最近支柱間的距離，m。
避雷線分流系數(shù)可按式（6）計(jì)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(yàn)的雷擊點(diǎn)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(yīng)符合下列要求：
對(duì)一端絕緣另一端接地的避雷線，應(yīng)按式（3）校驗(yàn)。對(duì)兩端接地的避雷
線應(yīng)按式（7）校驗(yàn)：
Se≥0.3β’Ri （7）
e) 除上述要求外，對(duì)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(dǎo)線、耐張串等，僅保留構(gòu)
架、建筑及道路等。
（2） 根據(jù)保護(hù)范圍計(jì)算書制作保護(hù)范圍表，可以從計(jì)算書選擇性粘貼為ACAD
圖元。折線法避雷針保護(hù)范圍計(jì)算書見附件2。
（3） 根據(jù)保護(hù)范圍表畫出保護(hù)范圍，畫保護(hù)范圍時(shí)確定保護(hù)高度。
3.3 注意點(diǎn)
（1） 不同保護(hù)范圍用不同層、不同顏色。根據(jù)保護(hù)范圍的復(fù)雜情況酌情分幾張圖
來畫。
（2） 注意針與針，針與保護(hù)物是否有高差。
（3） 使用階梯算法時(shí)要畫出斷面。
4 接地平面布置
照明設(shè)計(jì)是相對(duì)簡單的設(shè)計(jì)，也是電氣設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)DL/T 5390-2007火力發(fā)電廠和變電站照明設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定。
4.1 水平接地極材料的選擇
參考文獻(xiàn)[1]中的表5.4.1，同時(shí)根據(jù)附件3的接地計(jì)算書計(jì)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(hù)范圍圖為底板，關(guān)掉保護(hù)范圍的層。
（2） 根據(jù)接地計(jì)算書的結(jié)論布置網(wǎng)格，有條件的話盡量要在圍墻外設(shè)一圈地網(wǎng)。
（3） 根據(jù)文獻(xiàn)[3]的表16-17，結(jié)合實(shí)際情況設(shè)計(jì)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(duì)網(wǎng)格進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整、剪切使地網(wǎng)不穿建筑物。
（5） 對(duì)地網(wǎng)邊緣進(jìn)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(jì)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(jì)材料。
4.3 注意點(diǎn)
（1） 不同保護(hù)范圍用不同層、不同顏色。根據(jù)保護(hù)范圍的復(fù)雜情況酌情分幾張圖
來畫。
（2） 注意針與針，針與保護(hù)物是否風(fēng)電場升壓站防雷接地設(shè)計(jì)步驟和方法有高差。使用階梯算法時(shí)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(shè)深度不應(yīng)小于0.5m，一般采用0.8m。并宜敷設(shè)
在當(dāng)?shù)貎鐾翆右韵隆?/p>
（5） 圍繞各設(shè)備基礎(chǔ)或建筑物基礎(chǔ)敷設(shè)的環(huán)形水平接地極離各建筑物或設(shè)備基
礎(chǔ)的距離不宜小于1.5m。
（6） 應(yīng)結(jié)合三通一平敷設(shè)接地極，接地極如遇設(shè)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(dú)立針要通過測量井與地網(wǎng)連接。接地測量井兩端導(dǎo)線需與水平接地極相接。 參考文獻(xiàn)
[1] GB 50057-2010,建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范[S].2010.
[2] DL/T 620-1997,交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合[S].1997.
[3] 電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)電氣一次部分[M].北京：中國電力出版社，2006.
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