清洁能源精细化管理为导向的风机防雷接地标准化设计体系创新与应用
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时间：2023-08-25浏览：58
风机防雷接地是保证风机安全运行的关键。由于风力资源分布特点，大多数陆上风机都建设在土壤电阻率高、地形复杂的高原或山地区域，导致风机接地网的设计和建设遇到有效降低接地电阻措施少、施工难度大、接地网建设成本高的技术难题。
本项目以清洁能源关键设备精细化管理为导向，构建了综合考虑以“地面上下结构、冲击与工频、一次和二次”防雷接地安全性，区别建立“不同土壤电阻率、不同地形”地区接地网设计方法，编制形成“高安全，低成本”的标准化设计方案，解决了风机防雷接地安全考虑不全面，设计方案无统一标准，成本控制缺少参考依据的不足。
主要创新性工作如下：
（1）构建了风电机组雷电通道的接地电阻综合分析模型。全面考虑地面上方扇叶塔筒和地下风机基础和接地网对散流的综合作用，建立了包括扇叶、塔筒和接地网的冲击和工频接地电阻计算模型，为风机防雷的精细化设计提供了依据，并编制了风机接地电阻分析软件。
（2）提出了风电场建设期可以采取的不同降阻措施的组合策略。分析了目前工程常用不同降阻措施的降阻效果，并且针对不同措施在降阻方面的设计冗余问题，提出了综合使用多种措施降低接地电阻的组合策略。
（3）提出了安全可靠的低成本接地网设计方案。设计了适用于不同土壤电阻率和地形情况的接地网，通过对不同方案的成本对比分析，提出了低成本保安全的接地网设计方案。
（4）建设了风机防雷接地标准化设计体系指导未来工程建设。基于本项目成果，针对环境差异结合成本控制编制了精细化的设计指导导则，完善了风机防雷接地的标准化体系，实现了风机防雷接地精细化设计标准体系建设。
（5）加设浪涌保护器对已投产运行的风电机组二次设备的进行多重雷电防护。为了提高风机机舱内二次设备的防雷防护水平，提出了在塔筒底部和机舱内设置不同动作阈值的浪涌保护器，为机舱内二次设备提供多重屏障的雷电防护方法。
本项目提出的高土壤电阻率地区风机接地网典型设计方案已经用于优化神华锡林浩特225MW风电外送项目风机接地网，与原有设计方案相比，单台风机接地网平均造价降低5.34万元，风机接地工程单项造价降低400.25万元。
国华能源投资有限公司2021~2025年预期建设3300台风机，位于高土壤电阻率地区的风机数量按1/3计取，应用本项目研究成果预计节约成本5000余万元。
本项目提出的典型风机接地网设计方案对于完善防雷接地标准化设计体系具有重要意义，尤其是在十四五“碳中和”背景下高速发展的风电事业，本项目成果可以由点及面大力推广应用，实现高安全低成本的设计，着力打造精品工程、效益工程。
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