钱启良——谈风电场防雷过电压保护的误区

　　2.2风电场的光纤通信线路如何防雷电过电压？

　　目前，风电场光纤通信系统的防雷技术处理的手段和措施，主要应该采用分流、接地、屏蔽、等电位和过电压保护。

　　分流：认真做好风电场控制楼的避雷针、避雷带、避雷网和发电机组的防雷接地工作，将雷电流沿引下线安全地引入大地。

 

　　屏蔽：直埋光纤电缆在年雷暴日20-80天，土壤电阻率为100^--500欧姆．米的地段，可以在光纤电缆的上方0. 3kg-0. 4米处敷设防雷地线，这根接地线可以利用：按IEC 62305-3标准要求全风电场接地网连在一起的接地网线网线；全年雷暴天数大于80天，土壤电阻率大于500欧姆．米的地段，应该再增加一根接地线，雷击非常严重的地方只好选用非金属加强芯或无金属光缆；架空敷设光缆可以挂在明导线下方，光纤电缆吊线作间断接地，一般情况下两公里左右接地一次。雷击特别严重的地方可以增设避雷针。光纤电缆直埋时其路径应该避开孤立的大树。

　　等电位连接：所有金属物体，包括光纤电缆屏蔽层、加强芯、通信设备外壳等金属构件进行电气连接，以均衡电位。

　　接地：为保证其稳定可靠的工作、保护通信设备和人身安全，解决环境电磁干扰及静电危害，光纤线路需要一个良好的接地系统，当然根据具体情况也可以采取悬浮方式，具体做法要因地制宜，因为这是光纤线路防雷与强电历来存在的两种观点。过电压保护：前边已经阐述这里不再重复。

　　3.有的风机制造商要求风机的接地线（体）一定采用铜材翻门以常用的接地材料：铜材、热镀锌钢材为例来谈此问题。

　　具有关资料介绍：在土壤中钢材腐蚀速率约是铜材4-5倍；热镀锌钢材腐蚀率是铜材的1-2倍；铜材在土壤中的耐腐蚀性能远好于热镀锌扁钢、铜材不存在点腐蚀；铜材的导电性及通流量大于钢材，所以截面可以比钢材小；但是，铜的价格是钢钢材的几倍或几十倍，在导电性能相同的情况下尽管增加了热镀锌扁钢的截面积，总的来讲还是远低于铜排的购价，节约投资；铜材与钢材接触将形成原电池加速钢材腐蚀，所以在实际中一般铜材不与混凝土基础中的自然接地体钢筋直接接触。钢筋在混凝土中由于混凝土具有吸湿作用且显碱性，满足了电解质导电的两个基本条件，即湿度和离子浓度。它导致混凝土在一般情况下电导率比周围土壤低，从而降低了接地电阻；吸湿后的混凝土近似等效于金属电极直径加大，能使电极长期保持较低的接地电阻阻值，电性能稳定。钢筋在混凝土中作为自然接地体由于混凝土的保护，寿命比较长，美国的应用实例表明，应用22年的钢筋混凝土自然接地极仍然良好。

　　3.2风电场风力发电机组的接地体一定要选用铜材吗？

　　有的风机制造商强调风机的接地体一定要采用铜材。我认为应该视具体情况具体分析不应该一概而论，否则又是一个误区。变电站、非风力发电场的接地系统一般采用铜材，特别是欧、美国家极为普遍，我国这些单位要求使用寿命过去是25-30年，现在是50-60年，且接地网基本不在混凝土内。风电场的风力发电机组设计寿命20年，从寿命上讲相差很大，抗腐蚀时间相差悬殊；风力发电机组的水平接地体基本在其基础的混凝土内，且要求与基础混凝土的钢筋即自然接地体焊接在一起，来共同降低风力发电机组的接地电阻阻值。根据上述对钢材、铜材的比较及钢材在混凝土里情况的阐述，我认为没有必要要求风力发电机组的接地材料一定要选用铜材，应该根据当地土壤的具体情况而定。在土壤腐蚀不是非常严重的情况下，完全可以通过加大热镀锌扁钢截面面积的办法加以解决，当然在土壤对热镀锌扁钢腐蚀非常严重的情况下应该采用铜材。但是，使用铜材时也要根据土壤电阻率、pH值的情况选择不同的铜材，根据有关资料介绍：一般是土壤pH值8.7时选用紫铜，此时紫铜的腐蚀速度约为黄铜的48%; pH值为5.8时选择黄铜，此时紫铜的腐蚀速度约是黄铜的1.6倍。

　　综上所述：风电场的风力发电机组遭受雷电损坏，特别是通信电源系统，对某些风机制造商来讲应该说在设计上存在着误区，应该引起风机制造商的反思，正确认识风力发电机组的金属外壳与法拉第笼的区别：法拉第笼在物理上可以是弧立的金属壳体，其内部与外界隔离，但实际风力发电机组它不可能与外界隔离。所以应该完善风力发电机组的防雷电过电压保护系统；允许风电机组运行商根据风电场的具体特点、具体情况选择接地体材料，方能为风电场运行商提供更多的便利；同时风机制造商、风电场运行商都应该注意光纤电缆的防雷电过电压保护问题，确保通信系统及其它设备安全。在这里也殷切希望针对风力发电机组的防雷电过电压保护行业标准早日颁布，让大家有规可循。