盧志紅，張世謹，李冬梅

(1.廣東省河源市氣象局，廣東 河源 517000；2.貴州省黔南自治州氣象局，貴州 都勻 558000)

1 引言

隨著風力發(fā)電技術日益成熟，世界各國將發(fā)展風電作為應對氣候變化和提高可再生能源比重的重要舉措。十三五期間，廣東省規(guī)劃布局建設風電場址147個、總裝機容量約870萬千W(含2015年底前已核準項目50個，裝機容量290萬千W)，僅廣東河源市將建成東源岑田抽水蓄能電站、和平縣紫云嶂風電場、龍川大帽山風電場、河源電廠二期等項目。風電場布設環(huán)境特殊，接地都采用大型地網(wǎng)接地系統(tǒng)，當前國內(nèi)許多雷電技術研究學者們將不同地理環(huán)境下大型地網(wǎng)設計及其接地阻抗測試方法等做為研究的重要內(nèi)容。如張爭等對異頻測試抗干擾技術優(yōu)越性進行了分析[1]；王亞平通過建立準確電路模型和數(shù)字計算模型，通過無線傳輸測試電流、GPS定位裝置固定輔助接地極，分析不拆避雷線進行大地網(wǎng)接地阻抗準確測量的方法及運行狀態(tài)診斷方法，得出不拆避雷線測出的接地阻抗值要比實際值小15%～20%的結(jié)論[2]；葉平等研究分析了大型地網(wǎng)接地電阻測試的內(nèi)容和方法，并進行了誤差分析[3]。但這些研究大多是對測試方法原理和數(shù)據(jù)處理上的分析，缺少系統(tǒng)的直接指導如何開展大地網(wǎng)接地阻抗測試的研究。

風電場為獲得較高風速實現(xiàn)風力發(fā)電，多建于山頂或山脊，特殊的地理環(huán)境大大提高了地網(wǎng)設計、施工和檢測的難度。本文對一面處于懸崖且現(xiàn)場有高壓線的風電場大地網(wǎng)接地阻抗測試處理過程和測試方法進行了詳細的分析，以期為復雜多樣的高山風電場開展大地網(wǎng)檢測工作提供技術參考。

2 蟬子頂風電場大地網(wǎng)概況

國電電力東源蟬子頂風電場工程地理坐標介于114°50′～114°56′E之間，23°56′～23°58′N之間，四周皆為山地，面積為12.4 km2，海拔高度在700～1 100 m之間，平均土壤電阻率為1 795.38。裝機規(guī)模為49.5 MW，共擁有33臺1 500 kW風力發(fā)電機組，110 kV升壓站一座。由于風機都裝在高山上，地網(wǎng)敷設難度大，為滿足接地要求，又相對方便于施工，采取同一座山或臨近的幾臺風塔共用一個大地網(wǎng)的接地方式。

3 接地阻抗測試方法選擇分析

蟬子頂風電場風機基本沿著東西走向設立，為避免高壓線和風機塔本身對接地阻抗測試的干擾，理論上測試現(xiàn)場接地線敷設應盡量沿著南北兩個方向。但由于北邊是懸崖，現(xiàn)場只能考慮從南偏西的方向布線。因項目地形復雜、土壤不均勻，測試設備有限，選擇了四極—異頻—夾角—補償相結(jié)合的測試方法，消除各種因素引起的誤差。同時，選擇干燥季節(jié)，避開避雷線、地下管線、輸電線的情況下進行現(xiàn)場測試。

4 風電場大地網(wǎng)實驗測試及分析

4.1 測試設備及測試參數(shù)

風電場地網(wǎng)面積大，常規(guī)電阻檢測設備電流小，不適合用到大型地網(wǎng)接地阻抗測試，根據(jù)廠房提供測試參數(shù)要求，建議采用不小于3 A電流進行測試。本次實驗測試選用(型號：SKY-2013)大型地網(wǎng)接地阻抗測試儀，測試電流有0.2 A、0.5 A、1 A、2 A、3 A 5個檔次。因附近有風電場箱變，為消除零序電流的影響，測試過程中選擇測試電流3 A，頻率分別選擇45 Hz和55 Hz，選取25號風塔、27號風塔和31號風塔為實驗點。

4.2 測試誤差隨接地極夾角變化實驗分析

采用異頻—夾角—等距相結(jié)合的測試方法，將儀器與地極布置成dGC=dGP夾角形狀，進行實驗測試。采集數(shù)據(jù)如下表1：

表1 接地阻抗現(xiàn)場測試值Tab.1 Ground Impedance Field Test Value

由表1可以看出，當電壓線接地長度與電流線接地長度相等為2D時，接地阻抗值隨電流線與電壓線的夾角變大而變小，在夾角30°左右時接近設計實際電阻值。

表2 夾角θ改變的測量誤差Tab.2 Measurement error of angle θ change

由上述分析和表2看出，隨著布線角度不斷改變，接地網(wǎng)的測試電阻誤差率在夾角θ=30°的兩邊呈曲線上升態(tài)勢。當布線夾角θ<30°時，測試電阻比設計阻抗大；布線夾角θ接近30°時，測試電阻與設計阻抗基本相同；當夾角θ>30°時，測試電阻比設計阻抗小。

4.3 布線位置α值、布線長度均改變的誤差實驗分析

針對蟬子頂風電場土壤層有改變，電阻率變化大問題，現(xiàn)場進行了改變接地極布線位置的測試實驗。測試過程中增大電流極與被測接地裝置之間的距離，讓電壓極與被測接地裝置之間的距離也相應的增大。

采用異頻—夾角θ=30°測試方法，改變dGP和dGC長度進行現(xiàn)場測試，采集數(shù)據(jù)如表3：

表3 接地阻抗現(xiàn)場測試值Tab.3 Ground impedance field test value

由于電流極dGC=D時，地極布線還在地網(wǎng)區(qū)，干擾大，理論上偏理實際值大，所以此次不分析dGC=D數(shù)據(jù)，測試數(shù)據(jù)分析如圖1。

由表4畫出變化曲線圖如下：

圖1 測試誤差隨布線位置α值變化曲線圖Fig.1 Curve of test error as a function of wiring position α

由圖1可看出，當電壓極布線長度與電流極布線長度比值α接近0.6時，測量誤差趨于零，當遠離0.6時，測量誤差δ隨dGC的增大而減少。

4.4 布線長度、夾角θ均改變的誤差實驗分析

選擇四極—異頻結(jié)合的測試方法，將儀器與布線設置成dGC=dGP形狀，同時改變布線長度與夾角θ進行測試。通過測試值，分析不同的dGC與θ值的測量誤差。

由表4分析數(shù)據(jù)可看到，在θ=30°時，測量誤差接近零，測量誤差δ隨dGC的增大而減少。當θ在25°與35°之間時，測量誤差δ隨dGP和dGC增大明顯變小。

表4 布線長度、夾角θ改變的測量誤差 (單位：%)

5 誤差來源及消除分析

5.1 誤差來源

根據(jù)大型地網(wǎng)接地阻抗測試方法原理、接地阻抗值變化因素，可以看出測量誤差的來源主要有測試方法、電壓干擾、高頻干擾、接地裝置的零序電流和測量引線間的互感等幾個方面。而由測試方法引起的誤差主要包括測試地極的位置選擇、使用的測量儀器以及選擇的測試電流大小3個方面。

5.2 消除誤差方法

①在現(xiàn)場測量中，因地形復雜、土壤不均勻或地質(zhì)有突變，想取得更為準確地確定“零電位區(qū)”，無論是0.618直線補償法或是30°夾角補償法，其布線方向應盡可能的向土壤比較均勻的方向放測量線，避免向土壤不均勻或地質(zhì)有突變的方向測量。

②在實際測試中，可以采用使用高內(nèi)阻、增大電流引線截面積、并聯(lián)電容、增大測試電流、倒相法、三相電源、暫時斷開中性線、四極法、異頻法等方法手段消除各種因素引起的誤差，各種方法互相聯(lián)系、相輔相成。

③在實驗研究過程中發(fā)現(xiàn)，避雷線、地下管線、輸電線等對接地阻抗測試值也有不同程度的影響，會使測試值偏小，應盡可能避開。另外，土壤電阻率對測量結(jié)果有明顯影響，導則規(guī)定接地裝置測試應盡量在干燥季節(jié)，測量不應在雷雨后立即進行。

6 測試注意事項

①出發(fā)現(xiàn)場前檢查設備工具是否帶齊全，是否準備勞保裝備。

②在實際測試工作中，要對大型地網(wǎng)周圍進行詳細的勘查，盡量避開信號干擾源、建筑物、湖泊等以減少測量結(jié)果的誤差。

③為使得測試順利進行，測試前先用萬用表檢查測試導線與地極的接觸點是否完好，線路是否有斷開。

④布線時要注意線路是否有交叉，是否拉直，是否與周圍管線形成回路。

⑤進行測試工作時要注意工作人員的自身安全，使用儀器時請勿觸摸面板接線端子以及引線的裸露部分。

7 結(jié)論

本文通過實例對大型地網(wǎng)接地阻抗測試技術進行了分析，得出結(jié)論：

①由于大型地網(wǎng)面積大，四周環(huán)境復雜，各種信號干擾大。開展現(xiàn)場測試前，做好測試方案，根據(jù)現(xiàn)有測試儀器和測試條件選定測試方法。同時，盡量使用操作簡單且抗干擾能力強的儀器。

②實驗證明，大型地網(wǎng)接地阻抗測試接地極布線采用0.618測試方法、30°夾角測試法是相當科學的。

③接地阻抗測量誤差主要由測試方法、信號干擾、接地裝置的零序電流和測量引線間互感、避雷線、電力線等方面引起，可采用高內(nèi)阻、增大電流引線截面積、并聯(lián)電容、增大測試電流、倒相法、三相電源、暫時斷開中性線、四極法、異頻法等方法手段消除。

④由測試方法引起的誤差主要包括測試地極的位置選擇、使用的測量儀表以及測試電流的大小3個方面。實踐證明，這些誤差可以在測試過程中直接避免或減小。