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防腐材料
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60MW風(fēng)電機組防雷接地與陰極保護犧牲陽極系統(tǒng)施工

發(fā)布時間:2020-08-31  

概述
目前,風(fēng)力發(fā)電被稱為明日世界的能源。由于它屬于可再生能源,為人與自然和諧發(fā)展提供了基礎(chǔ)。而且不像火電、核電、水電會造成環(huán)境問題,所以符合社會可持續(xù)發(fā)展對能源的要求。所以,風(fēng)力發(fā)電已在我國達到了舉足輕重的地位。
然而,風(fēng)力發(fā)電機組是在空曠、自然、外露的環(huán)境下工作,不可避免的會遭受到直接雷擊。由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,風(fēng)力發(fā)電機組的單機容量越來越大。主體高度約80米、葉片長度約40米、即zui高點高度約為120米的風(fēng)機,在雷雨天氣時極易遭受直接雷擊。它是自然界中對風(fēng)力發(fā)電機組安全運行危害很大的一種災(zāi)害。雷電釋放的巨大能量會造成風(fēng)力發(fā)電機組葉片損壞、發(fā)電機絕緣擊穿、控制元器件燒毀等。
風(fēng)機的防雷是一個綜合性的防雷工程,防雷設(shè)計的到位與否,直接關(guān)系到風(fēng)機在雷雨天氣時能否正常工作,并且確保風(fēng)機內(nèi)的各種設(shè)備不受損害。
本方案針對風(fēng)力發(fā)電機組的防雷接地。
接地材料的選擇及地網(wǎng)設(shè)計
接地是指將風(fēng)機的外殼與大地連接一起,以便在正常運行、事故接地和遭受雷擊的情況下,將其接地點的電位固定在允許范圍內(nèi),從而保證人身和設(shè)備安全。風(fēng)機的接地系統(tǒng)是風(fēng)機防雷保護系統(tǒng)中一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在地網(wǎng)開挖面積有限、土壤電阻率較高的環(huán)境條件下,要能達到上面的技術(shù)要求,用傳統(tǒng)常規(guī)的角鋼、扁鐵等接地材料進行施工是非常困難的。本方案建議采用新型的接地材料:低阻接地極。
下面介紹常規(guī)接地材料與新接地模塊的使用。
1、常規(guī)接地材料
一般來說,水平接地體采用不小于40×4mm的熱鍍鋅扁鋼,垂直接地體采用不小于50×50×5mm的角鋼,每根角鋼的長度大約2.5-3米??紤]到減少接地體的屏蔽效應(yīng),垂直接地體的間距一般為其長度的1.5至2倍,即為5-6米。
單根垂直接地體的接地電阻Rg,可按下式計算:在一定的土壤電阻率下,為達到要求的接地電阻值,通常需要若干根垂直接地體。
根據(jù)上式計算,在土壤電阻率為450Ω.M的情況下,接地電阻按4Ω考慮,所需3米長的角鋼大約也要60多條。占地面積大約42米×42米。
由此可以看出,以現(xiàn)在的風(fēng)機地貌、可開挖面積來看,用傳統(tǒng)的接地材料想達到接地電阻值的要求是非常困難的。此外,傳統(tǒng)金屬接地體的接地電阻隨氣候(土壤潮濕程度)的變化會發(fā)生大幅度的起伏,隨著腐蝕的加劇地阻也會不斷增大。
2、梅花型低阻接地體
河南邦信防腐材料有限公司生產(chǎn)的低阻接地體是一種以非金屬材料為主的接地體,由導(dǎo)電性、穩(wěn)定性較好的非金屬礦物質(zhì)和電解物質(zhì)組成,它不含對人體有害和污染水源、土壤、環(huán)境的有害物質(zhì)。其特殊的形狀增大了接地體本身的散流面積,減小了接地體與土壤之間的接觸電阻,接地電阻值低。其優(yōu)良的吸濕保濕及改善周圍土壤導(dǎo)電特性的能力,使接地電阻不斷減小而趨于長期穩(wěn)定。因具有抗鹽、酸、堿腐蝕的能力,使用壽命長達50年。特別適用于沙漠、戈壁、鹽堿地、高原和常年凍土帶等惡劣地質(zhì)條件的地區(qū)。

風(fēng)電機組防雷接地施工圖
單根梅花型接地體的接地電阻Rg,可按下式計算:在一定的土壤電阻率下,為達到要求的接地電阻值,通常需要若干根梅花型接地體。接地體的間距不小于4米?!   「鶕?jù)上式計算,在土壤電阻率為450Ω.M的情況下,接地電阻按4Ω考慮,所需梅花型低阻接地體25多塊。占地面積大約16米×16米。通過以上計算可以看出,采用梅花型低阻接地體,所需數(shù)量、占地面積遠比傳統(tǒng)材料少。技術(shù)經(jīng)濟比較    通過以上計算可以看出,采用梅花型低阻接地體,所需數(shù)量、占地面積遠比傳統(tǒng)材料少。

風(fēng)電機組防雷接地網(wǎng)施工圖
1、占地面積
在一般條件下(ρ≤100Ωm)使用金屬接地材料,在變電站占地面積內(nèi)一般均可達到接地電阻要求。在ρ≥500Ωm時,由公式Rj=0.5ρ/√s可知,此時土壤電阻率ρ為常值,若要降低Rj,只有增大√s,此時占地面積S將急劇增大,表現(xiàn)為外接多個外引地網(wǎng),征地費用大幅增加,總費用劇增,顯然是不可取的解決辦法。若在原場地上大規(guī)模換土,更需動用幾千至幾萬方粘土,其總費用更是驚人。采用低電阻接地模塊作垂直接地極時: “低電阻接地模塊”采用了一系列降阻技術(shù)。首先降低接地極與土壤之間的表面接觸電阻,同時成倍增加了接地體的散流面積。由于接地體本身含有豐富的離子,又具有吸濕保濕特性,采用電子十離子導(dǎo)電的散流方式,大大優(yōu)于金屬的電子導(dǎo)電的散流方式。尤其是在高土壤電阻率時,這種工作方式更是大幅度提高了電流的散流效果。采用低電阻接地模塊一般情況下均能在變電站本身占地面積內(nèi)達到接地電阻要求。
2、兩種接地材料的對比
以目前鋼鐵材料市場的價格,不考慮運輸及施工費用,角鋼的材料總費用大約是接地模塊的1/3~1/2。但角鋼的施工面積卻是接地模塊的7倍,即用角鋼的施工費要遠遠超過接地體。因此從總成本上看,采用低阻接地體的總成本會略高一些,但其所需的場地卻要小的多。
3,腐蝕和壽命問題
由設(shè)計手冊可知扁鋼的腐蝕速度為0.1~0.2mm/年,在酸堿度大的地區(qū)腐蝕速度更快,這樣在變電站工作幾年后,由于扁鋼表面已腐蝕,散流時接觸電阻迅速增大,整個地網(wǎng)的接地電阻值將逐漸增大。同時變電站由于工頻泄放的問題,進一步加速了扁鋼的腐蝕速度。低電阻接地模塊采用的是導(dǎo)電性能優(yōu)良的非金屬材料,金屬極芯和富含電解質(zhì)的材料制成的。外層是非金屬材料,金屬極芯采用的是不銹鋼(可達五十年壽命),抗腐蝕能力極強,腐蝕速度極低,可忽略不計。
4、污染
低電阻接地模塊由于材料與工藝的原因,沒任何污染,同時又有很強的抗污染抗腐蝕能力。則受污染的影響很大。
5、費用
就單個材料而言,低電阻接地模塊的費用要高些,但就高土壤電阻率的情況下,工程總費用和全壽命期費用則要明顯低于用扁鋼的地網(wǎng)。風(fēng)力發(fā)電防雷防雷接地工程如何達到0.5歐姆防雷接地.
陰極保護技術(shù)是電化學(xué)保護技術(shù)的一種,其原理是向被腐蝕金屬結(jié)構(gòu)物表面施加一個外加電流,被保護結(jié)構(gòu)物成為陰極,從而使得金屬腐蝕發(fā)生的電子遷移得到抑制,避免或減弱腐蝕的發(fā)生。
金屬-電解質(zhì)溶解腐蝕體系受到陰極極化時,電位負移,金屬陽極氧化反應(yīng)過電位ηa 減小,反應(yīng)速度減小,因而金屬腐蝕速度減小,稱為陰極保護效應(yīng)。利用陰極保護效應(yīng)減輕金屬設(shè)備腐蝕的防護方法叫做陰極保護 。

由外電路向金屬通入電子,以供去極化劑還原反應(yīng)所需,從而使金屬氧化反應(yīng)(失電子反應(yīng))受到抑制。當(dāng)金屬氧化反應(yīng)速度降低到零時,金屬表面只發(fā)生去極化劑陰極反應(yīng)。

兩種陰極保護法:外加電流陰極保護和犧牲陽極保護。

1、犧牲陽極陰極保護是將電位更負的金屬與被保護金屬連接,并處于同一電解質(zhì)中,使該金屬上的電子轉(zhuǎn)移到被保護金屬上去,使整個被保護金屬處于一個較負的相同的電位下。該方式簡便易行,不需要外加電源,很少產(chǎn)生腐蝕干擾,廣泛應(yīng)用于保護小型(電流一般小于1安培)或處于低土壤電阻率環(huán)境下(土壤電阻率小于100歐姆.米)的金屬結(jié)構(gòu)。如,城市管網(wǎng)、小型儲罐等。根據(jù)國內(nèi)有關(guān)資料的報道,對于犧牲陽極的使用有很多失敗的教訓(xùn),認為犧牲陽極的使用壽命一般不會超過3年,最多5年。犧牲陽極陰極保護失敗的主要原因是陽極表面生成一層不導(dǎo)電的硬殼,限制了陽極的電流輸出。產(chǎn)生該問題的主要原因是陽極成份達不到規(guī)范要求,其次是陽極所處位置土壤電阻率太高。因此,設(shè)計犧牲陽極陰極保護系統(tǒng)時,除了嚴(yán)格控制陽極成份外,一定要選擇土壤電阻率低的陽極床位置。

2、外加電流陰極保護是通過外加直流電源以及輔助陽極,是給金屬補充大量的電子,使被保護金屬整體處于電子過剩的狀態(tài),使金屬表面各點達到同一負電位,使被保護金屬結(jié)構(gòu)電位低于周圍環(huán)境。該方式主要用于保護大型或處于高土壤電阻率土壤中的金屬結(jié)構(gòu),如:長輸埋地管道,大型罐群等。

1.所有強制電流電源每兩月檢查一次,間隔長一些或短一些也可能是合適的。運行正常的判據(jù)是:電流輸出、正常的功耗、表示正常運行的信號或管道上令人滿意的陰極保護水平。

2.作為預(yù)防性維護計劃的一部分,為減少使用中的損壞,所有強制電流保護設(shè)施應(yīng)每年檢查一次。檢查內(nèi)容包括電氣故障、安全接地的連接點、儀表的精度、效率及回路電阻。

3.反向電流開關(guān)、二極管、干擾跨接和其他保護裝置等,如果失效可能危及構(gòu)筑物的保護,其正常的功能檢查應(yīng)每兩個月一次。

4.應(yīng)定期檢查并評價絕緣接頭、電連續(xù)性跨接及套管絕緣的有效性,可通過電測量完成。


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