一、項目描述
該風電場建設規(guī)模為225MW,計劃安裝90臺風力發(fā)電機組,本次只完成80臺風力發(fā)電機組(11號~90號)的測試工作,余下10臺風力發(fā)電機組(1號~10號)位置待定。
根據(jù)場地巖土工程勘測報告及現(xiàn)場踏勘可知,該風電場場址地貌單元屬于玄武巖熔巖臺地,場地地形整體起伏較大,植被覆蓋較好,場地風機位標高1209.40~1339.80m。風機分布區(qū)土壤電阻率高低差距很大,現(xiàn)場土質情況極不均勻。因為水平地網(wǎng)建設是在凍土層以下,那么按地勘報告所提供的視電阻率非凍結狀態(tài)建議值并結合層底深度可以判斷,現(xiàn)場土壤電阻率最低為700Ω·m,最高為9500Ω·m,按所提供的視電阻率將所有風機根據(jù)實際情況分階段進行設計取值,本次勘測期間,在12.0m范圍內未發(fā)現(xiàn)地下水存在,現(xiàn)場埋深按2.6m來設計,擬建風機建設期間建議2000~3000Ω·m電阻率土壤采用輔助降阻劑的方法,3000Ω·m以上電阻率土壤采用大面積換土法來降低建設區(qū)域的土壤電阻率。由以上數(shù)據(jù)可看出該區(qū)域地下水位較深,土壤電阻率變化較大,采用傳統(tǒng)的金屬接地的方式,雖然能夠達到接地設計要求,但其有限的使用壽命造成了后期地網(wǎng)維護費用的增加,所以該項目建議采用金屬材料和非金屬接地電極相結合并輔助使用垂直接地極的方式,增大接地面積,提高泄流通路,延長地網(wǎng)使用年限。風機接地電阻設計要求降到4Ω以下,采用傳統(tǒng)的接地方式難免會出現(xiàn)會導致施工難度大、造價過高的情況,因此我公司對本次項目風機地網(wǎng)提出如下設計、施工和報價以供參考。
二、地網(wǎng)所用主要降阻材料的選擇
考慮到本工程區(qū)域的土壤電阻率高,土質條件差,但整個風電場區(qū)域較大,有足夠的提供地網(wǎng)建設的開挖面積,為使風機達到接地設計值,并且保持阻值的穩(wěn)定,本著降低施工難度,減少開挖面積節(jié)約施工成本,并且也本著建設一個長期有效、質量可靠的地網(wǎng)的原則,我們將選擇一種適合該區(qū)域土壤情況的降阻材料,然后再根據(jù)選擇的材料制定一個系統(tǒng)、完善、經(jīng)濟合理的接地方案。
一個優(yōu)良的接地體須具備幾個重要的條件:
1. 導電率要優(yōu)秀(越低越好);
2. 本體特性穩(wěn)定,不受任何外在因素而改變自身的物理及化學特性(如高電壓沖擊..等);
3. 須具有無腐蝕性,不生銹,對接地網(wǎng)的其它構成物也不構成侵略性的腐蝕;
4. 要具有無污染性,不對大地土壤及地下水造成污染;
5. 本體強度及韌性要強(確保突波放泄時的效果);
6. 具備額外的降阻性,且此降阻性需長效不劣化(方可確保接地網(wǎng)阻值的長期穩(wěn)定,去除不必要的整改費用);
7. 除了適合一般標準組值地網(wǎng)外,更適合施作于小電阻地網(wǎng)(金屬接地體施作小電阻地網(wǎng)相當困難);
8. 適應各種地質;
9. 成本低廉,施工簡單確實,工程性價比高;
由上可知,一般使用的銅包鋼、鋼管、角鐵及石墨型模塊等皆無法完全符合上述條件,根據(jù)多年的施工經(jīng)驗建議采用高強度環(huán)保型新型復合式碳凝接地電極“揚博復合接地體”才能完全符合上述條件要求,所以本工程接地網(wǎng)設計施工,最好選擇是:選用高強度環(huán)保型新型復合式接地裝置“揚博復合接地體”作為主要降阻材料,采用-60*6mm的鍍鋅扁鋼作為水平連接線并輔助以50*5鍍鋅角鋼作為垂直接地極的方法來進行降阻設計。
一般外面常見到的普通石墨型模塊,制造一般是將石墨粉加上橡膠或水泥固化而成,強度甚差,運送必須以木箱配合厚的泡沫作防震方可,極不環(huán)保,而且施作時需加入大量水分方可發(fā)揮效能,回填夯實時,基本上本體已有裂縫或已損壞(這在國內已有非常多的實例),此時只能說那只是個降阻劑而以,有效宣泄體積及面積將會失去,這也就是為何接地網(wǎng)阻值當時測量雖合乎標準,后期阻值反彈,保護設備依然損壞的原因之一,接地網(wǎng)施工時,若單純靠接地體的吸水性作降低阻值的功能,那么若水份若減少則阻值就會升高,接地材料本體電阻率太高將影響接地網(wǎng)構成效果,“揚博復合接地體”的優(yōu)點就是把這些材料的種種缺點全面改善,并且是大幅度的增加其優(yōu)點特性。
“揚博復合接地體”碳凝接地電極特性、優(yōu)點
特性:
1、密度比重高,是相同于國內其它品牌產品的1.43倍(2383㎏/ m3)
2、抗壓強度大,能達到18mpa (175Kg/cm)
3、導電性能佳,室溫電阻率低(0.0098Ω·m)
4、阻值穩(wěn)定,壽命長(不受季節(jié)環(huán)境影響,100年)
5、體積小,重量輕,運輸方便
6、對周圍金屬的腐蝕率為0.00122 mm/year
7、環(huán)保性能好,經(jīng)國家專業(yè)實驗室檢測確認不含有害重金屬。
8、制作工藝精良(獲得接地模塊專利、高壓制程專利、螺紋電極接頭專利三項專利技術)
9、本體性質穩(wěn)定。
優(yōu)點:
1、采用波浪型設計,增大了泄流面積。
2、抗壓強度大,能達到18mpa (175Kg/cm),遠大于國內其它品牌模塊,極具抗擠壓性,可防止回填時模塊的破裂。
3、二次水化,持續(xù)釋放電離子,保證阻值恒久穩(wěn)定。
4、體積小,重量輕,人性化及環(huán)保性的包裝設計便于運輸和施工,提高工人的施工效率。
5、“揚博復合接地體”碳凝接地電極產品是新型復合材料,無污染,避免金屬材料的腐蝕,污染問題,適用于任何環(huán)境地點。
6、壽命長,可達到100年,免除了后續(xù)維護。
7、本產品經(jīng)過國家認證實驗室實驗檢測,由于采用非金屬材料,不含重金屬,從而降低了采購成本,節(jié)約了資源。
8、不具有強腐蝕性物質。
9、電阻率低,極好的導電能力,具有很強的抗沖擊電流能力。
10、“揚博復合接地體”碳凝接地電極產品經(jīng)過國家絕緣子檢測中心實驗室和國網(wǎng)電科院試驗證明,本電極與銅金屬的測試值相比有更好的降阻效果。(0.67)
11、 316不銹鋼螺旋極芯設計,一方面能更好的適應強酸強堿的土壤環(huán)境,不易被腐蝕,保證了長期有效的良好導電能力。另一方面也可增加了極芯與本體的握裹力,降低了接觸電阻。
益處:
1、用戶不用擔心地網(wǎng)工程質量,可以為客戶提供更長的質保期,而且不用去維護,從而降低后續(xù)成本。
2、方便快捷多樣性的連接方式,可以有效的節(jié)省人工成本和采購成本
3、由于“揚博復合接地體”的諸多優(yōu)點,高質量的產品能使人身財產得到最大的安全保障!
4、降低客戶的運輸施工和采購的綜合成本,并大幅減少日后整改費用。
5、揚博復合接地體產品出色的環(huán)保特性提升了工程的特色水平。
三、設計依據(jù)及相關標準
《建筑物防雷設計規(guī)范》 (GB/T 50057-2010)
《雷電電磁脈沖的防護第1部分》(GB/T 19271.1-2003)
《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規(guī)范》 (GB 50169-2016)
《防止靜電事故通用導則》 (GB 12158-2006)
《雷電防護》 (GB/T 21714.1~4-2015/ IEC 62305-1~4-2010)
《低壓電涌保護器(SPD)》 (GB/T 18802 / IEC 61643)
《計算機信息系統(tǒng)防雷保安器》 (GA 173-2002)
《計算機信息系統(tǒng)雷電電磁脈沖安全防護規(guī)范》(GA 267-2000)
《數(shù)據(jù)中心設計規(guī)范》 (GB 50174-2017)
《計算機場地通用規(guī)范》 (GB/T 2887-2011)
《計算站場地安全要求》 (GB/T 9361-2011)
《雷電電磁脈沖的防護第2~4部分》(GB/T 19271.2~4-2005 / IEC TS 61312-1~4:1999)
《過電壓放電保護器》 (VDE-0675)
《電磁兼容試驗和測量技術浪涌(沖擊)抗擾度試驗》 (GB/T 17626.5-2008)
《復合接地體技術條件》 (GB/T 21698-2008)
《交流電氣裝置的接地設計規(guī)范》 ( GB/T 50065-2011)
四、風力發(fā)電風機防雷接地施工方案
4.1方案設計
為了確保風機內的各種設備不受雷擊,必須要有一個穩(wěn)定,可靠的接地網(wǎng),而風力發(fā)電機組其接地電阻值要求是在4Ω以下,現(xiàn)場風機施工地質差,在做地網(wǎng)之前充分考慮到施作地區(qū)的土壤電阻率及地質特征,根據(jù)現(xiàn)有的接地電阻數(shù)據(jù),我們按現(xiàn)場實際情況,根據(jù)不同的接地電阻值分段來進行設計計算,碳凝接地電極的用量以計算公式中的數(shù)據(jù)為準,圍繞基礎的周圍做1-2圈,加適量放射線就可以有足夠的面積做一個有效,可靠的接地網(wǎng)。具體布置以圖紙為準。本案設計的是雷克石碳凝接地電極ES-M-450型,埋設方式可根據(jù)現(xiàn)場的實際情況做適當調整。
4.2采用換土后雷克石使用數(shù)量的計算:
根據(jù)廣西電力2007年第3期發(fā)表的《基于回填土物理改良地網(wǎng)降阻技術——換土法接地電阻計算分析》文章對換土法的水平接地體接地電阻計算公式進行計算分析,得出換土后接地電阻最低可降為換土前接地電阻的17.56%,降阻效果非常明顯。根據(jù)以上學術經(jīng)驗,所以我們盡量采取大面積換土和鋪設降阻劑的方法爭取將該地區(qū)土壤電阻率最大限度的降低,以減少施工難度,降低施工成本。
接地網(wǎng)采用-60*6mm的鍍鋅扁鋼,垂直接地極為50*5鍍鋅角鋼10根,主地網(wǎng)埋深2.6米(凍土層以下)。主地網(wǎng)我們采用水平地網(wǎng)加設碳凝接地電極與垂直接地極配合的方法進行降阻,從而加大了接地體的面積,增加了故障電流的泄放通路。建議在風機的水平連接線上左右間距5米加裝碳凝接地電極與垂直接地極,然后鋪設降阻劑并用電阻率低的好土進行回填并夯實。
因為風機基礎在整個地網(wǎng)中也是參與降阻的,有一定的降阻效果,但本案設計中無法測量現(xiàn)場實際接地電阻值,因此將現(xiàn)場風機基礎接地電阻設計值假設為16Ω,以此我們地網(wǎng)設計中碳凝接地電極的使用數(shù)量如下:
計算公式:
本案主地網(wǎng)設計值小于4Ω,假設降阻后可達到3.8Ω,風機基礎接地電阻設計值假設為16Ω,每臺風機輔助8根50*5 L=3m的鍍鋅角鋼和2根50*5 L=6m的鍍鋅角鋼作為垂直接地極。
那么本案使用的 “揚博復合接地體”碳凝接地電極數(shù)量按以下來計算。
“揚博復合接地體”碳凝接地電極可采用下式作為接地電阻的計算公式:
ES-M-450型單塊的接地電阻:R=0.14ρ (1)
Rn=R/n·η (2)
n= R/Ryd·η (3)
式中:
ρ-土壤電阻率(Ω·m)
R-單塊接地電極接地電阻(Ω)
Rn-兩塊以上接地電極地電阻(Ω)
Ryd-為標準要求接地裝置應滿足的接地電阻(Ω)
n-接地電極個數(shù)
η-接地電極調整系數(shù),一般取值為0.7-0.9
對于不同土壤電阻率ρ(Ω·m),η的取值范圍:
ρ≥1000Ω·m η=0.7
1000>ρ≥500Ω·m η=0.75
500>ρ≥200Ω·m η=0.8
ρ<200Ω·m η=0.85
【計算依據(jù)】
《工業(yè)與民用配電設計手冊》第三版
【計算公式和過程】
【式中】
ρ:土壤電阻率
垂直接地極類型:垂直角鋼接地極
l:垂直接地極長度
t:接地極埋設深度(t)
b:角鋼接地極寬度(m)
h:角鋼接地極厚度(m)
(一)22、44、50、51、62、83號風機視電阻率在700~1000Ω·m,設計按1000Ω·m取值計算:
3m單根垂直接地極根據(jù)計算公式計算得出: = 318.46 (Ω)
使用8根后根據(jù)并聯(lián)電阻計算公式1/R并=1/R1+1/R2+1/R3計算可以得出:并聯(lián)后接地電阻為40Ω。
6m單根垂直接地極根據(jù)計算公式計算得出: =187.19 (Ω)
使用2根后根據(jù)并聯(lián)電阻計算公式1/R并=1/R1+1/R2+1/R3計算可以得出:并聯(lián)后接地電阻為100Ω。
風機基礎與垂直接地極并聯(lián)后,本案設計主地網(wǎng)接地電阻需要達到6.15Ω才能滿足設計要求,那么(本案主網(wǎng)需要揚博復合接地體接地電極ES-M-450型塊數(shù))n= R/Ryd·η計算使用數(shù)量:0.14×1000Ω/6.15Ω=23塊。考慮水平地網(wǎng)自身的降阻,本案不取碳凝接地電極的設計取值系數(shù)。
(二)11、15、16、18、、19、23、24、25、28、29、30、41、42、49、53、54、57、58、61、63、68、73、77、78號風機視電阻率在1100~1500Ω·m,設計按1500Ω·m取值計算:
3m單根垂直接地極根據(jù)計算公式計算得出: = 477.69 (Ω)
使用8根后根據(jù)并聯(lián)電阻計算公式1/R并=1/R1+1/R2+1/R3計算可以得出:并聯(lián)后接地電阻為59.88Ω。
6m單根垂直接地極根據(jù)計算公式計算得出: =280.79 (Ω)
使用2根后根據(jù)并聯(lián)電阻計算公式1/R并=1/R1+1/R2+1/R3計算可以得出:并聯(lián)后接地電阻為142.86Ω。
風機基礎與垂直接地極并聯(lián)后,本案設計主地網(wǎng)接地電阻需要達到5.75Ω才能滿足設計要求,那么(本案主網(wǎng)需要雷克石碳凝接地電極ES-M-450型塊數(shù))n= R/Ryd·η計算使用數(shù)量:0.14×1500Ω/5.75Ω=37塊。考慮水平地網(wǎng)自身的降阻,本案不取碳凝接地電極的設計取值系數(shù)。
(三)12、20、21、31、34、40、45、64、65、76、80、82、90號風機視電阻率在1600~2000Ω·m,土壤電阻率按2000Ω·m,建議采取回填換土和鋪設降阻劑的方法進行降阻,降阻劑每基使用4t,回填時應先回填一層電阻較低的細土,然后回填原土土壤并夯實,回填后可達到1500Ω·m土壤電阻率,碳凝接地電極的使用數(shù)量按項(二)中的計算數(shù)量為37塊,為保證降阻效果,提高泄流效率,建議使用接地電極數(shù)量為40塊。
(四)
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