风电场接地施工方案.doc

1 风电场接地施工方案 3.1风电场区域土壤电阻率测量与分析报告 在进行风电场 接地系统的设计之前必须了解接地系统所处位置的土壤电阻率和大地结构 在实际 中很少有均匀的土壤我们测量得到的是土壤的等值电阻率或土壤的视电阻率被测 视电阻率取决于电流流经范围内的各层地质的电阻率应该强调指出除均匀地质情 况外电阻率测量并不是测量大地中任何特定地质的真电阻率而是测量被测土壤所具 有的各种不同地质电阻率的加权平均值表层物质的电阻率比深层物质的电阻率对 读数的影响更大 根据对测量结果的分析可以得到土壤的地质结构这对接地系统的 设计非常有利一般来说土壤的结构可以近似分为均匀土壤、水平分层和垂直分层 土壤三种水平分层和垂直分层的土壤结构如下图所示 接地系统的设计基本要达到 两个要求一是接地电阻满足要求以保证设备的安全运行二是接地装置之上的地表面 的接触电压和跨步电压满足人身安全的要求在接地极或邻近接地极附近的大地表 面电位梯度主要是上层土壤电阻率的函数而接地极的电阻却主要是深层土壤电阻率 的函数在接地装置的尺寸非常大时更是如此接地极埋在电阻率极高的上层土壤的极 端情况除外 发、送电线路的工频参数受不同电阻率的各层土壤的影响而雷电等冲 击波 2 的大地回路阻抗实际上仅受上层几米土壤层的影响这主要是由于高频时大 地的趋肤效应引起的。

上述情况说明需要对表层和深层土壤同时进行电阻率测量 1、电阻率的测量方法 1测量方法介绍 探测地质结构的电阻率测量技术一般以地下 物质对电流的传导为基础而电流传导取决于这些物质的含水量、密度和化学成分 在电阻率测量中电流通过两个电流极引入被测区域的地中然后测量两个电位极之间 的电位差以确定深度为极间距离的土壤层的平均电阻率然后根据电极之间的距离 和平均土壤电阻率来分析和确定地下的地质情况 测试大范围土壤的电阻率的比较 理想方法是四极法如下图所示为测量土壤电阻率的四电极法原理图它是欧姆定律 的现场应用测量时在地面上插入四个电极 A、B、C、D埋入深度不大于1/10极间 距离a用稳压电源向外侧电极A和B施加电流I电流由电极A流入由电极B返回电源 这时外电极产生的电流场将在内电极上产生电势可以用电位差计测量内电极 C和D间的电位差U/I即为电阻RAVEIIACDB 测量得到不同电极间距时对应的视土壤电 阻率将测量得到的视电阻率数据与间距的关系绘成曲线即可判断该地区的地质结构 还可判断出各层的电阻率和深度 3 在工程实践中采用四极法测量电阻率时一般选 择下面两种形式电流极和电位极布置方案 等间距或温纳WENNER电极布置如下图所示。

以极间距离表示的土壤视电阻率计算公式简化为 p a2n aR AVIIACDB轴线施兰伯格电极布置如下图所示土壤电阻率计算公式简化为 p a n d2R/D AVIIACDBE轴线 采用施兰伯格电极布置的主要优点时测量时只需移动电流极电位极仍保持在 原来的位置不动d/D的比值一般限制在3-30的范围内2本次测量主要仪器介绍 本 次测量仪器为重庆地质仪器厂生产的DDC-6多功能直流电法仪采取施兰伯格电极布 置方案供电电压为DC180V360V其操作简便精度高可对自然电位漂移及电极极化进 行自动补偿主要仪器如下表DDC-6数字电阻率仪台 铜电极个 电池箱套 万用表 个 1 4 2 1 4 野外工作方法技术 : 每个勘察点均通过测量确定测点位置测点与勘探 点重合遇障碍物采用平行偏移的方法一次性布极完成之后对电极接地情况进行 检查对于接地电阻较大的电极采取就近移位或浇水的办法来降低直至两电极之间接地电阻检查小于 100欧姆时才开始测量 测量过程中对异常值点进行多次重复测量以 消除干扰从而确保采集数据真实可靠 根据具体工作的要求设计供电极距 AB/2 及 相应测量极距MN/2的变化序列如下表每改变一次供电极距测量一次 MNU及I计算 相应的K值及视电阻率值卩絵制每个测点的p与AB/2的关系曲线即电测深原始曲 线。

表 供电极距AB/2及相应测量极距MN/2变化序列 AB/2 m 1.5 2.1 3.0 4.5 6.0 9.0 MN/2 m 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 AB/2 m 15.0 21.0 30.0 45.0 60.0 75.0 MN/2 m 5 5 5 5 5 5 2、电阻率测量数据的分析方法介绍 在风电场接地系统设计时我们希望通过现场 测量得到是土壤的视电阻率、土壤的分层结构包括各层的电阻率及厚度以便更好地 进行设计、分析和计算 在地球的重力作用下地壳的地质情况一般是由各种水平层 状的岩层组成 5 如沉积岩在沉积过程中受重力的作用在最下面形成砂砾岩层其上 是细砂和黏土层如下图所示为构成地下地质的 n层水平层状介质剖面图ABCD地面123i 1两层土壤结构的地质参数计算 在实际计算土壤的等值电阻率时一般将 地下地质看成由两层或三层的水平层状结构的模型如下图所示为两层介质构成的 地质剖面图其主要地质参数包括上层土壤电阻率 p 1下层土壤电阻率p2上层土壤厚度h0 ACDB在工程应用中可以采用下面方法来近似的表示视电阻率 p与其他各量的关系：p a-pp22 p 12e- p a ep a式中f为视电阻率曲线系数一般可以米用下式近似 计算PS式中常数6为上下两层地质结构的土壤电阻率的函数对应不同的电阻率比 值的常数由下表查出。

p 1/ p 2 100 10 1 0.2 0.10C98 -0.82 0 0.67 0.82 6 0.50 1.091.72 1.77 5.00 6我们可以先从实测的电阻率随极间距离变化的曲线 p f确定p和p2即取p f曲线上a值很小和很大时的两个比较平坦段的 p值作为上下两层的土壤电阻 率值根据测试的p a数据对由上述的p关系式求得p则可从上面的p关系式求得上层 土壤的深度 h0 2多层土壤结构的地质参数计算 三层水平构造的地质模型如下图所示这时的视电阻率与三层土壤的真电阻率第 1层和第2层的厚度h1和h2以及测量时 的电极间距a这6个变量有关ABCD地面12三层及三层以上的土壤结构的参数的 确定是相对复杂的过程需要通过计算机软件进行数值计算通过计算机软件可以很方 便、很快的确定多层土壤结构的参数0 3、季节因素对土壤电阻率的影响分析结果 接地系统的电气参数决定于所处的土壤情况0而季节因素将改变土壤的电阻率0在雨 季风电场接地系统所处的土壤由于雨水的渗入地表一层土壤的电阻率将比干燥时降 低很多倍0而冬季对土壤的冰冻作用将导致土壤地表层的电阻率明显升高0 对土壤 电阻率为200Q ??m勺均质土壤进行研究结果是一年内表层土壤的电阻率在 10-5000 Q ??n的范围内变化。

即10-200Q ??r为受降雨的影响结果其导致土壤电阻率 的下降200-5000Q ??n为受冰冻和干旱影响的结果其导致土壤电阻率的升高 同时考虑夏季干旱期的影响可以认为风场土壤表层在几米厚度范围内受季节因素影响其 土壤电阻率在一定范围内变化 7在电力行业标准DL/T621-1997《交流电气装置的接地》中规定季节系数为考虑季节变化的最大季节系数值0处理季节因素对季节 系数影响的通常做法是根据测量时的气候条件及土壤性质确定合适的季节系数将季 节系数与测量得到的等值电阻率相乘得到用于接地设计的实际土壤电阻率0这种做 法明显存在欠妥之处即受季节影响的土壤其实只是表层土壤在雨季或冰冻季节深层 土壤很难受到影响0 因此正确的处理方法是将考虑季节影响的表层土壤和下层未受 季节影响的土壤处理为双层土壤通过数值计算来分析季节因素对季节系数的影响0因为本次勘测时地表的冻土尚未融化可将实测值直接作为季节影响值按季节影响修 正后土壤分层结构参数如下表所示 4、风电场土壤电阻率总体评价及接地施工建 议 1 从抽测的电阻率数据看场区表层受冻土影响及碎石层影响电阻率较高深层电阻 率逐步降低 2接地降阻设计形式应以复合水平地网为主更重要的是设计用电阻率 一定要考虑季节影响系数。

另外进行土壤分层建模时尽量首层要保证一定厚度避免 冻土影响复合水平地网的垂直地极可采用复合接地线工艺和深井接地体施工技术 3考虑到地下水富含电解离子的降阻作用虽然本次抽查勘测没有发现地下水赋存区 但从经验看地下水赋存区肯定是存在的在此高土壤电阻率地区应该努力寻找地下水 赋存区充分利用深水井接地极的降阻作用因此设计一定的深水井接地极也是必要 的深水井接地极的具体安装定位应在施工时通过网格扫描方式确认深水井接地 极采用较大长度的深井接地体技术 3.2施工工序施工方案 风机接地网由水平接地 体、垂直接地体、复合接地线、深井接地极构成风机内外圈及连接线均采用 600热镀锌扁钢深埋 0.8米同时在水平接地体上安装复合接地线间距不小于长度的二倍扁 钢与扁钢之间采用 3面焊接扁 8 钢与扁钢搭接为扁钢宽度的二倍在焊接口处刷沥青 漆防腐回填方式采用在扁钢0.3 02米范围内使用原土与降阻剂掺混方式进行回填 此回填范围外的沟槽部分采用原岩土进行回填 辐射的四条外引采用50X4热镀锌扁钢同时在外引接地线上安装 20米及30米深井箱变接地对角安装 2根2.5米长的 50热镀 锌钢管详见施工工艺图 3.3主要采用的接地施工方法 1、深井技术 1深井接地技术简介 土壤的电阻率通常沿纵深和横向分布都是不均匀的就纵深来说不同深度 土壤的电阻率是不同的。

一般接近地面几米以内的电阻率相对要高些并且不稳定随 季节气候的变化而变化土壤越深越稳定特别是在高土壤电阻率及不能用常规方法 埋设接地装置的地区采用长垂直接地极或深井接地与主地网相连是一种有效降低接 地电阻的方法在有地下含水层的地方接地极可能深入穿透水层这时降阻效果将更 好深井接地不受气候、季节条件的影响接地井由于增加接地极的直径接地棒加 上回填低电阻率材料而能明显降低总体接地电阻如果接地井与地下水层相连则将 降低接地电阻的季节变化同时增加电极的通流而不导致电极过热或使接地井中的回 填材料变干深井接地必须配合使用低电阻率材料才能取得较低的接地电阻回填 材料可以选用高导电率的黏土和水组成的泥浆由于回填材料能从周围环境中吸收 湿气接地井不需要任何维护也不会变干 深井接地极安装深度范围为3-300m直径110-150mm扩散范围理论推算10米外形尺寸如下图所示深井接地极能突破浅层的 高电阻率屏障充分利用深层土壤相对低电阻率区域不受冬季冻土及夏季干旱的影响 能有效将雷电荷、电力故障电荷泄放到地层原土安地深接地体 A型天然导电土回填土 9 深处 2深井接地体的核心技术 第一应用专业勘测和分析技术确定深井接地 体的安装位置。

深井接地体的施工成本较高确定深井接地体的安装位置并保证其技 术指标是深井接地技术成功应用的前提如前所述不均质土壤分水平分层和垂直分 层两种类型各层土壤的真电阻率有很大差异只有通过详细的视电阻率勘测及科学分 析了解土壤结构参数获得低电阻率岩层所处的位置和厚度然后将深井接地体的有效 部分安装在该层就能够获得理想的深井接地电阻技术指标可见对土壤结构的勘测 通过分析计算掌握低电阻率区域的位置是成功应用深井接地技术的重要保证 第二深井接地体的接地电阻计算依靠复杂的计算机科学计算技术 深井接地体穿过了各层电阻率土壤如下图所示 地面123i分布在各层土壤中相应单元接地电 阻不是简 单的并联或叠加关系各层不同的土壤电阻率将导致深井接地体在各层中分布单元 的电流密度不同比较合理的假设是认为接地体散流的电流密度与土壤电阻率成反 比各层电流密度分布有如下关系式 S 1h1 S 2h2…… S-nLI-h2-……-Ln-11根据各层对？①牡缌髅芏确直鸲越拥靥宸植加诟鞑阒械牡柚镁迪窨傻玫浇拥靥宕T敫鞑阃 寥乐惺钡慕拥氐缱鑂深井接地体接地电阻的计算必须依靠计算机软件才能完成一 定长度深井接地体的接。