风电场升压站防雷接地设计步骤和方法

风电场升压站防雷接地

本文主要总结了风电场升压站防雷接地设计步骤和方法，风电场升压站防雷接地设计流程图如图1 所示。

图1 风电场升压站防雷接地设计流程图

1 外专业提资与分析

1.1 总图

首先要熟悉升压站的总平面布置图，主要从以下几个方面进行分析：

（1）熟悉升压站各道路、各建筑物布置，明确升压站面积等参数。

（2）升压站所在位置的地形地貌：需要回填的区域，边坡的位置，坡度的急缓。

（3）如果场内电阻率过高，需要考虑引外路径。注意所进道路是否已征地，附近

是否有水渠和村庄，水源是否为保护水源。

1.2 土壤电阻率测量报告

仔细阅读土壤电阻率测量报告，重点关注土壤电阻率成果表。确定各测线位置，地表湿度，土壤电阻率。

根据附件1的接地电阻计算软件可以计算出垂直和水平方向土壤电阻与地网综合工频电阻，从而决定是否需要外引地网。

1.3 电气

电气提资主要为电气主接线图和短路电流计算表，用以计算短路电流与阻抗，从而校验接地体的热稳定截面。

注意零序阻抗的计算要根据最不利的情况来选取。如在云霄风电场中，#1主变容量为31.5MVA，远景的#2和#3主变容量为50 MVA 与40MVA，当发生三相短路时，最糟糕的情况是最大容量变压器发生三相短路，故计算零序阻抗的时候Se=50M。

1.4 建筑

了解建筑剖面图与屋面图，主要用于建筑防雷提资，以设置防雷接地卡、接闪网、接闪器。

2 建筑防雷提资

2.1 制图步骤

（1） 确定建筑防雷等级。一般风电场升压站属于三类防雷建筑物，根据文献[1]

可知第三类防雷建筑物上的接闪网、接闪器应沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷击的部位敷设，并应在整个屋面组成不大于20m×20m或24m×26m的网格。当建筑物高度超过60m时，首先应沿屋顶周边敷设接闪带，接闪

带应设在外墙外表面或屋檐边垂直面上，也可设在外墙外表面或屋檐边垂直面外。接闪器之间应互相连接。

（2） 专设引下线不应少于2根，并应沿建筑物四周和庭院内四周均匀对称布置，

其间距沿周长计算不应大于25m。当建筑物的跨度较大，无法在跨距中间设引下线时，应在跨距两端设引下线并减小其他引下线的间距，专设引下线的平均间距不应大于25m。

（3） 建筑物宜利用钢筋混泥土屋面、梁、柱、基础内的钢筋作为引下线和接地装

置，当其女儿墙以内的屋顶钢筋网以上的防水盒混凝土层允许不保护时，宜利用屋顶钢筋网作为接闪器，以及当建筑物为多层建筑，其女儿墙压顶板内或檐口内有钢筋且周围除保安人员巡逻外通常无人停留时，宜利用女儿墙压顶板内或檐口内的钢筋作为接闪器，同时符合以下规定：

1）利用基础内钢筋网作为接地体时，在周围地面以下距地面不小于0.5m深，每根引下线所连接的钢筋表面积总和应按式（1）计算：

S≥1.89kc2 （1）

其中，kc为分流系数。

2）当在建筑物周边的无钢筋的闭合条形混凝土基础内敷设人工基础接地体时，接地体的规格尺寸应按下表规定确定。

表1 第三类防雷建筑物环形人工基础接地体的最小规格尺寸

利用柱子基础的钢筋昨晚外部防雷装置的接地体并同时符合下列规定时，可不另加接地体（垂直接地极）：

a) 利用全部或绝大多数柱子基础的钢筋作为接地体。

b) 柱子基础的钢筋网通过钢柱，钢屋架，钢筋混泥土柱子、屋架、屋面板、吊车梁等构件的钢筋或防雷装置互相连成整体。

c) 在周围地面以下距地面不小于0.5m深，每一柱子基础内所连接的钢筋表面积总和大于或等于0.37m2。

3 直击雷保护装置

3.1 位置确定

直击雷过电压保护可采用避雷针或避雷线，它们的保护范围应覆盖需保护的设施。针对风电场升压站，设置保护装置的要点主要有以下几点[2]：

（1） 主要对屋外配电装置（包括组合导线和母线管廊）、高建筑物设直击雷保护

装置。

（2） 主厂房、主控制室和配电装置室一般不装设直击雷保护装置；雷电活动特殊

强烈地区宜装设直击雷保护装置。为保护其他设备而装设的避雷针，不宜装在独立的主控制室和35kV及以下变电所的屋顶上。但采用钢结构或钢筋混凝土结构等有屏蔽作用的建筑物的车间变电所可不受此限制。

（3） 主厂房如装设避直击雷保护装置或为保护其他设备而在主厂房上装设避雷

针，应采取加强分流、装设集中接地装置、设备的接地点尽量远离避雷针接地引下线的入地点、避雷针接地引下线尽量远离电气设备等防止反击的措施。

（4） 主控室、配电装置室和35kV及以下变电所的屋顶上如装设直击雷保护装置

时，若为金属屋顶或屋顶上有金属结构，则将金属部分接地；若屋顶为钢筋混凝土结构，则将其焊接成网接地；若结构为非导电的屋顶时，则采用避雷带保护，改避雷带的网格为8m~10m，每隔10m~20m设引下线接地。

（5） 露天布置的GIS外壳不许装设直击雷保护装置，但应接地。

（6） 独立避雷针（线）宜设独立的接地装置。在非高土壤电阻率地区，其接地电

阻不宜超过10Ω。当有困难时，该接地装置可与主接地网连接，但避雷针与主接地网的地下连接点至35kV以及下设备与主接地网的地下连接点之间，沿接地体的长度不得小于15m。

（7） 独立避雷针不应设在人经常通行的地方，避雷针及其接地装置与道路或出入

口等的距离不宜小于3m，否则应采取均压措施，或铺设砾石或沥青地面，也可铺设混凝土地面。

（8） 独立避雷针、避雷线与配电装置带电部分间的空气中距离以及独立避雷针、

避雷线的接地装置与接地网见的地中距离。

a) 独立避雷针与配电装置带电部分、电气设备接地部分、架构接地部分之间的空气中距离，应符合式（2）的要求：

Sa≥0.2Ri+0.1h （2）

式中，Sa——空气中距离，m；

Ri——避雷针的冲击接地电阻，Ω；

h——避雷针校验点的高度，m。

b) 独立避雷针的接地装置与接地网间的地中距离应符合式（3）的要求：

Se≥0.3Ri （3）

式中，Se——地中距离，m。

c) 避雷线与配电装置带电部分、电气设备接地部分以及架构接地部分间的

空气中距离应符合下列要求：

对一端绝缘另一端接地的避雷线：

Sa≥0.2Ri+0.1(h+∆l) （4）

式中，h——避雷线支柱高度，m；

∆l——避雷线上校验的雷击点与接地支柱的距离，m。

对两端接地的避雷线：

Sa≥β’[0.2 Ri +0.1(h+∆l)] （5）

式中，β’——避雷线分流系数；

∆l——避雷线上校验的雷击点与最近支柱间的距离，m。

避雷线分流系数可按式（6）计算：

β′=τR12.4(l+ℎ)

1+l2+ℎ6.2(l2+ℎ)1+≈ll2+ℎ

2+∆l+2ℎ （6）

式中，l2——避雷线上校验的雷击点与另一端支柱间的距离，l2=l’-∆l，m；

l’——避雷线两支柱间的距离，m；

τt——雷电流泊头长度，一般取2.6μs。

d) 避雷线的接地装置与接地网间的地中距离，应符合下列要求：

对一端绝缘另一端接地的避雷线，应按式（3）校验。对两端接地的避雷

线应按式（7）校验：

Se≥0.3β’Ri （7）

e) 除上述要求外，对避雷针和避雷线，Sa不宜小于5m，Se不宜小于3m。

3.2 制图步骤

（1） 以最新的电气总平图为底板，删除不必要表示的导线、耐张串等，仅保留构

架、建筑及道路等。

（2） 根据保护范围计算书制作保护范围表，可以从计算书选择性粘贴为ACAD

图元。折线法避雷针保护范围计算书见附件2。

（3） 根据保护范围表画出保护范围，画保护范围时确定保护高度。

3.3 注意点

（1） 不同保护范围用不同层、不同颜色。根据保护范围的复杂情况酌情分几张图

来画。

（2） 注意针与针，针与保护物是否有高差。

（3） 使用阶梯算法时要画出断面。

4 接地平面布置

照明设计是相对简单的设计，也是电气设计的基础。主要数据参考中华人民共和国电力行业标准DL/T 5390-2007火力发电厂和变电站照明设计技术规定。

4.1 水平接地极材料的选择

参考文献[1]中的表5.4.1，同时根据附件3的接地计算书计算得出合适的水平接地极材料。

4.2 制图步骤

（1） 以防雷保护范围图为底板，关掉保护范围的层。

（2） 根据接地计算书的结论布置网格，有条件的话尽量要在围墙外设一圈地网。

（3） 根据文献[3]的表16-17，结合实际情况设计升压站大门入口处的“帽檐式”

均压带，如下图所示：

图2 “帽檐式”均压带示意图

（4） 对网格进行适当的调整、剪切使地网不穿建筑物。

（5） 对地网边缘进行修圆角，圆角半径不小于网格间距的一半。

（6） 在避雷针、避雷器及建筑物的周围打垂直接地极。在围墙外的地网打垂直接

地极。

（7） 计算升压站内综合电阻，如果电阻过高，需要沿沟渠或征地向外引接地极。

（8） 统计材料。

4.3 注意点

（1） 不同保护范围用不同层、不同颜色。根据保护范围的复杂情况酌情分几张图

来画。

（2） 注意针与针，针与保护物是否有高差。使用阶梯算法时要画出断面。

（3） 避雷针、避雷器的集中接地装置打2.5m

长的垂直接地极。围墙外的地网一

般情况也打2.5m的垂直接地极，土壤情况差的站打6m的垂直接地极，间距都是约20m左右。

（4） 人工接地体在土壤中的埋设深度不应小于0.5m，一般采用0.8m。并宜敷设

在当地冻土层以下。

（5） 围绕各设备基础或建筑物基础敷设的环形水平接地极离各建筑物或设备基

础的距离不宜小于1.5m。

（6） 应结合三通一平敷设接地极，接地极如遇设备基础可从旁边绕过基础。水平

接地体的间距约为8m。

（7） 独立针要通过测量井与地网连接。接地测量井两端导线需与水平接地极相接。 参考文献

[1] GB 50057-2010,建筑物防雷设计规范[S].2010.

[2] DL/T 620-1997,交流电气装置的过电压保护和绝缘配合[S].1997.

[3] 电力工程电气设计手册电气一次部分[M].北京：中国电力出版社，2006.