新能源如何防雷接地？新能源防雷接地工程解决方案

李 2024-06-14 227

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一、背景分析

作为能源生产和消费大国，我国新能源产业规模已位居世界前列。近年来，我国以风电、光伏发电为代表的新能源发展成效显著，装机规模稳居全球首位，发电量占比稳步提升。太阳能、风能等清洁能源因其可持续、环保的特性被广泛应用。

然而，新能源发电设备大多位于地理环境复杂、气候多变的区域，因此易受到自然环境的影响。尤其是风力发电，普遍受到强雷暴天气的威胁。在高海拔的山顶上，风电机组高耸突出的机身和叶片顶端极易遭受雷击。

此外，风电场所在的山地、戈壁、沙漠等地貌决定了接地网电阻率较高，设备难以有效接地。即使接地电阻（工频）测试合格，在遭受雷击时，仍会跳闸断电，甚至烧毁设备，造成经济损失。因此，防雷工程是新能源发电安全稳定运行的重要保障。

二、防雷工程需求分析

1.新能源设备如风力发电机、太阳能板等通常安装在高海拔地区，且风机叶片尖端突出，便于汇聚电荷，更容易遭受直击雷劈击。

2.新能源电场所处的多石少土、含水量差的地貌使得接地电阻居高不下，接地网贮存自由电荷的能力不足，尤其在高频冲击下接地电阻与地电压会瞬间升高，引起过电压反击跳闸。

3.雷电伴随着高强度的电磁感应，在线路产生大量的脉冲能量，引起过电压、过电流，造成设备故障损失。

4.感应雷侵入金属导体，相邻金属之间可形成10kV量级的电位差，引起金属间隙的火花放电，极其危险。

5.新能源电场选址在野外，金属接地极易受环境腐蚀，使接地网使用年限低。一些低成本的降阻措施（如使用降阻剂）会使金属接地极受到电化学腐蚀而进一步降低接地网的使用寿命，造成重大安全隐患，反而增加了运维成本。

6.高山水电站、水上光伏发电站、渔光互补光伏电站、海上风电场、海上光伏等水上新能源电场的接地网被置于水下，金属接地极易受到水体腐蚀。新能源设备矗立在平坦宽阔的水面上，易诱发雷击。水上湿润环境易使电气设备表面形成凝露水珠，在电场的作用下引起畸变，产生局部放电，导致绝缘子、电缆接头、母排相间等被击穿，引起事故，即“潮湿放电”。严寒时，凝露会在风机叶片表面形成积冰，严重时甚至能造成叶片断裂。此外，海面和近海地区高湿高盐的空气导致金属部件锈蚀断裂，严重影响新能源发电设备的使用寿命。

三、防雷工程解决方案

1.构建合格的接地网：良好的接地环境是接闪器（避雷针）、避雷器等防雷设备起作用的前提。使用欧麦安集团-黑龙江恒电防雷工程有限公司研发的柔性接地技术，迅速创造一个电阻率低且稳定的散流环境。扩充接地网贮存自由电荷的能力，提升其在高频冲击下的耐受水平。技术所用材料“柔性接地体HD-R10”在微观上形成一个多维万象的电荷运动通道，提升接地网泄放雷电流的效率。

经测试，HD-R10耐冲击变化率为0.36%，即使在高频冲击下，接地电阻仍能保持较低的数值，极大地降低了反击跳闸的概率，保障了新能源发电的稳定性。柔性接地体HD-R10水分含量达到65%，故在干旱地区也能使低电阻率长期有效保持。材料紧密包裹金属接地极，使之不接触土壤和氧气以延缓腐蚀速度。应用此技术可延长镀锌扁钢六倍使用寿命。HD-R10成型后不溶于水，经检测符合欧盟ROHS标准，不会危害人体或污染野外环境。柔性接地技术施工方便，在新能源发电领域，尤其是风电场的建设和运维有着很强的经济适用性。在广东、广西、海南、贵州、云南、四川、重庆、湖南、湖北、福建、江西、山东、黑龙江、青海、新疆等多个地区的新能源发电项目取得大量成功案例。

2.大面积地区防雷措施：在风电场、架空线路、光伏电站、水上光伏电站这类占地面积大、易受雷击影响、难以精确排查雷击问题的新能源项目，应使用HD-LDL雷电在线监测系统。这是欧麦安集团-黑龙江恒电防雷工程有限公司研发的专利技术，与智能电网现有系统相兼容，可以对各处接地电阻数值进行动态监测，并实时反应铁塔是否处于雷击过电压，同时做出直击雷、反击雷的判定。通过数据智能监控和收集，达到经验数据收集和风险预警的功能。既能减少事故排查时间和费用，又能依据数据进行精准定位和增设防护措施，同时也能实时给出问题症结的原因，进行针对性改造。

3.重点保护区域防雷措施：可在高处安装接闪器（避雷针），吸引雷电并将其引入地下，保护重要设备免受直击雷的伤害。在重要设施/建筑顶部，可安装HD-PLR等离子驱雷装置，实现主动驱雷，在关键区域驱散雷电。HD-PLR利用阵列多针的“似尖端效应”，在雷云电场的激励下无需供电即响应运行，使保护目标处于相对低而安全的电场中。PLR内置的复合强电离放电器可以不受传统消雷器“自屏蔽效应”的抑制，电离出高浓度的等离子体，高效中和雷云底部的电荷，在云地之间形成漏电的“坏电容”，及时消除雷电先导，确保保护范围内不会诱发雷击现象，保障了能源安全。在电离的过程中，正离子的上升有利于空气净化，负离子的下降有利于生物体的健康。接闪器和驱雷器都可安装带有数据储存功能的雷电预警器，可配合HD-LDL雷电在线监测系统使用。

4.风机叶片防雷措施：在叶片顶端安装HD-PLR抗雷针板，“似尖端效应”原理同上，受到雷云激励即改变叶片电场环境，消除雷电先导，保障风机叶片不会引发直击雷。PLR抗雷针板内置的电离单元可消散雷云电荷、接地单元可使针板与大地连接，有效中和云-地电荷。此外，应在风机叶片上喷涂DSAN双疏仿生涂料，超疏水、超疏油、超自洁的特性可以有效防止风机表面形成凝露、污闪等易于引发电场畸变的因素。大大降低直击雷劈击风机叶片的概率。

5.感应雷防护措施：在设备的电源输入端安装电源浪涌保护器（电源避雷器），当感应雷侵入线路时，即将雷电流导通入大地，保障设备安全运行。HD系列浪涌保护器响应时间均在纳秒（ns）级别。此外，需将电器设备和金属导体进行等电位连接，避免电器设备之间由于雷电形成的电位差而互相放电，避免金属间隙发生火花放电，引起火灾等危险。

6.水下的接地网：针对水上光伏电站、高山水电站、海上风电机组等接地难以完成的问题，黑龙江恒电防雷工程有限公司研发了一种应用于水下的柔性接地极并获得国家专利。即将金属体芯套入特制的套管内部，套管腔体内浇灌入“柔性接地体HD-R10”以填充剩余空间。将整个接地网置于水下，用套管保护柔性接地体，用柔性接地体保护金属接地极。所有材料符合环保标准，并保护金属接地极免受水体腐蚀，最大限度地延长接地网使用寿命。

7.水上/海面新能源设备防雷措施：HD-PLR等离子驱雷装置内部的复合强电离放电装置即使在海平面最难电离的条件下仍能实现安全保护，保护角84°，在重点保护区域实现驱散雷电。PLR在沿海强雷暴地区、近海、岛屿、海军基地等区域取得大量成功案例。针对凝露、盐雾等现象引起的新能源金属部件放电击穿、腐蚀、结冰等问题，DSAN“双疏”仿生涂料可以有效防止部件表面形成水珠、水膜。即使是在高度潮湿的环境下仍能保持“超疏水”，确保设备表面干爽无水珠，没有凝露放电通道，不易诱发雷击，加强了新能源运行的可靠性。

DSAN“双疏”仿生涂料“超疏水”的特点也使盐雾弥散中的含盐液滴不会粘滞在基材表面，从根本上杜绝了电化学腐蚀的可能性。憎水迁移的结构决定了涂料表面延迟结冰、易脱冰的特点，避免了严寒天气冰灾的影响。此外，DSAN“双疏”仿生涂料超疏油、超自洁的特质也能有效防止基材表面因鸟粪、污闪而导致爬电、击穿。DSAN“双疏”仿生涂料施工简单，在老旧设备上也可使用，可喷涂在新能源风机叶片、各种类型的绝缘子、绝缘套管、绝缘支柱、电力铁塔等设备表面，有效抵御水上气候高湿、沿海地区高盐的恶劣环境。

四、总结

防雷工程是确保新能源发电设备安全稳定的重要环节。根据不同的需要，实施有针对性的防雷措施，即可大大降低新能源设备因雷击而引发故障的风险，保障设备的运行稳定性。同时，加强防雷工作的管理和维护，也是确保防雷系统长期有效运行的关键。