錢啟良——談風電場防雷過電壓保護的誤區

　　2.2風電場的光纖通信線路如何防雷電過電壓？

　　目前，風電場光纖通信系統的防雷技術處理的手段和措施，主要應該采用分流、接地、屏蔽、等電位和過電壓保護。

　　分流：認真做好風電場控制樓的避雷針、避雷帶、避雷網和發電機組的防雷接地工作，將雷電流沿引下線安全地引入大地。

 

　　屏蔽：直埋光纖電纜在年雷暴日20-80天，土壤電阻率為100^--500歐姆．米的地段，可以在光纖電纜的上方0. 3kg-0. 4米處敷設防雷地線，這根接地線可以利用：按IEC 62305-3標準要求全風電場接地網連在一起的接地網線網線；全年雷暴天數大于80天，土壤電阻率大于500歐姆．米的地段，應該再增加一根接地線，雷擊非常嚴重的地方只好選用非金屬加強芯或無金屬光纜；架空敷設光纜可以掛在明導線下方，光纖電纜吊線作間斷接地，一般情況下兩公里左右接地一次。雷擊特別嚴重的地方可以增設避雷針。光纖電纜直埋時其路徑應該避開孤立的大樹。

　　等電位連接：所有金屬物體，包括光纖電纜屏蔽層、加強芯、通信設備外殼等金屬構件進行電氣連接，以均衡電位。

　　接地：為保證其穩定可靠的工作、保護通信設備和人身安全，解決環境電磁干擾及靜電危害，光纖線路需要一個良好的接地系統，當然根據具體情況也可以采取懸浮方式，具體做法要因地制宜，因為這是光纖線路防雷與強電歷來存在的兩種觀點。過電壓保護：前邊已經闡述這里不再重復。

　　3.有的風機制造商要求風機的接地線（體）一定采用銅材翻門以常用的接地材料：銅材、熱鍍鋅鋼材為例來談此問題。

　　具有關資料介紹：在土壤中鋼材腐蝕速率約是銅材4-5倍；熱鍍鋅鋼材腐蝕率是銅材的1-2倍；銅材在土壤中的耐腐蝕性能遠好于熱鍍鋅扁鋼、銅材不存在點腐蝕；銅材的導電性及通流量大于鋼材，所以截面可以比鋼材小；但是，銅的價格是鋼鋼材的幾倍或幾十倍，在導電性能相同的情況下盡管增加了熱鍍鋅扁鋼的截面積，總的來講還是遠低于銅排的購價，節約投資；銅材與鋼材接觸將形成原電池加速鋼材腐蝕，所以在實際中一般銅材不與混凝土基礎中的自然接地體鋼筋直接接觸。鋼筋在混凝土中由于混凝土具有吸濕作用且顯堿性，滿足了電解質導電的兩個基本條件，即濕度和離子濃度。它導致混凝土在一般情況下電導率比周圍土壤低，從而降低了接地電阻；吸濕后的混凝土近似等效于金屬電極直徑加大，能使電極長期保持較低的接地電阻阻值，電性能穩定。鋼筋在混凝土中作為自然接地體由于混凝土的保護，壽命比較長，美國的應用實例表明，應用22年的鋼筋混凝土自然接地極仍然良好。

　　3.2風電場風力發電機組的接地體一定要選用銅材嗎？

　　有的風機制造商強調風機的接地體一定要采用銅材。我認為應該視具體情況具體分析不應該一概而論，否則又是一個誤區。變電站、非風力發電場的接地系統一般采用銅材，特別是歐、美國家極為普遍，我國這些單位要求使用壽命過去是25-30年，現在是50-60年，且接地網基本不在混凝土內。風電場的風力發電機組設計壽命20年，從壽命上講相差很大，抗腐蝕時間相差懸殊；風力發電機組的水平接地體基本在其基礎的混凝土內，且要求與基礎混凝土的鋼筋即自然接地體焊接在一起，來共同降低風力發電機組的接地電阻阻值。根據上述對鋼材、銅材的比較及鋼材在混凝土里情況的闡述，我認為沒有必要要求風力發電機組的接地材料一定要選用銅材，應該根據當地土壤的具體情況而定。在土壤腐蝕不是非常嚴重的情況下，完全可以通過加大熱鍍鋅扁鋼截面面積的辦法加以解決，當然在土壤對熱鍍鋅扁鋼腐蝕非常嚴重的情況下應該采用銅材。但是，使用銅材時也要根據土壤電阻率、pH值的情況選擇不同的銅材，根據有關資料介紹：一般是土壤pH值8.7時選用紫銅，此時紫銅的腐蝕速度約為黃銅的48%; pH值為5.8時選擇黃銅，此時紫銅的腐蝕速度約是黃銅的1.6倍。

　　綜上所述：風電場的風力發電機組遭受雷電損壞，特別是通信電源系統，對某些風機制造商來講應該說在設計上存在著誤區，應該引起風機制造商的反思，正確認識風力發電機組的金屬外殼與法拉第籠的區別：法拉第籠在物理上可以是弧立的金屬殼體，其內部與外界隔離，但實際風力發電機組它不可能與外界隔離。所以應該完善風力發電機組的防雷電過電壓保護系統；允許風電機組運行商根據風電場的具體特點、具體情況選擇接地體材料，方能為風電場運行商提供更多的便利；同時風機制造商、風電場運行商都應該注意光纖電纜的防雷電過電壓保護問題，確保通信系統及其它設備安全。在這里也殷切希望針對風力發電機組的防雷電過電壓保護行業標準早日頒布，讓大家有規可循。