强风化岩石地质风电场接地施工技术

强风化岩石地质风电场接地施工技术

汪正涛

  652327198703163013华润新能源投资有限公司新疆分公司

摘要：风电作为一种清洁、可再生的能源，在全球范围内得到了广泛应用。然而，风电场建设面临着诸多挑战，其中之一就是如何在复杂的地质条件下进行有效的接地施工。特别是在强风化岩石地质条件下，传统的接地方法往往难以达到预期效果，因此需要探索更加适合的接地技术。

关键词：强风化岩石地质；风电场接地施工；技术

引言

本文详细探讨了在强风化岩石地质条件下风电场接地施工的关键技术和方法。首先介绍了强风化岩石的形成和特点，以及其对接地性能的影响。接着，分析了传统接地施工方法在该地质条件下的局限性，强调了选择合适接地材料和设计优化的重要性。随后，本文重点阐述了改进后的接地施工技术，包括深井接地、复合接地系统和特殊接地工艺等。此外，还介绍了施工过程中的质量控制措施和安全注意事项。最后，通过实际案例分析，验证了改进后接地施工技术的有效性和可行性。

1强风化岩石地质特征及其对接地性能的影响

1.1 强风化岩石的形成与特点

强风化岩石是自然界中的一种特殊现象，它见证了地球表面物质在漫长岁月中的演变过程。这种岩石的形成，是一个复杂的自然作用结果，涉及到物理、化学以及生物等多重因素的交互影响。首先，强风化岩石的形成，离不开长期的风化作用。风化作用主要包括物理风化和化学风化两大类。物理风化主要是指岩石在温度变化、水的影响以及盐分结晶等因素作用下，发生的机械破碎。而化学风化则涉及到水和氧气等成分对岩石的化学作用，使岩石中的矿物质发生分解和转化。这两种风化作用相互交织，共同推动了强风化岩石的形成。强风化岩石最显著的特点之一就是其松散性。由于长时间的风化作用，岩石内部的结合力逐渐减弱，使得岩石颗粒之间的连接变得松散。这种松散性不仅使得强风化岩石易于破碎，也使得其孔隙率相对较高。这些孔隙就像是岩石内部的“通道”，为水分和气体的渗透提供了便利。同时，强风化岩石内部还含有大量的裂隙和孔洞。这些裂隙和孔洞是由于岩石在风化过程中，受到不均匀的外力作用而产生的。它们不仅增加了岩石的孔隙率，也为岩石内部的电气连接带来了挑战。因为这些裂隙和孔洞的存在，电流在传输过程中会遇到较大的阻碍，导致电气连接性能较差。这对于需要利用岩石进行电流传输的工程来说，无疑是一个巨大的难题。此外，强风化岩石还具有其他一些特点，如颜色较深、质地较轻等。这些特点都与强风化岩石的形成过程密切相关，反映了其在长期风化作用下所经历的复杂变化。

1.2 对接地性能的影响

强风化岩石对接地性能的影响是多方面的，其中最显著的就是增大接地电阻。接地电阻是衡量接地系统性能的重要指标，它直接影响到接地系统对故障电流的排放能力。在风电设备中，接地系统的稳定性对于保障设备的正常运行至关重要。然而，在强风化岩石地质条件下，由于土壤的电阻率不稳定，接地电阻容易发生变化。这主要是因为强风化岩石的孔隙率高，导致土壤含水量变化大。在雨水丰富的季节，土壤含水量增加，电阻率降低；而在干旱季节，土壤含水量减少，电阻率升高。这种季节性的变化使得接地电阻难以保持稳定，从而影响到风电设备的正常运行和故障处理能力。其次，强风化岩石还会降低接地效率。由于其内部的裂隙和孔洞较多，电流在接地系统中难以均匀分布。这就导致了局部区域电流过大，而其他区域电流不足的现象。这种不均匀的电流分布不仅降低了接地效率，还可能引发局部过热等问题，进一步影响接地系统的稳定性。最后，强风化岩石地质条件下的接地性能还容易受到环境因素的影响。温度、湿度等环境因素的变化会直接影响到土壤的电阻率和含水量等物理性质。在温度升高或湿度降低的情况下，土壤电阻率可能升高，导致接地电阻增大；而在温度降低或湿度升高的情况下，土壤电阻率可能降低，导致接地电阻减小。这种环境因素影响的不确定性进一步加剧了接地性能的不稳定性。

2传统接地施工方法的局限性

2.1 接地体材料选择不当

在传统的接地施工中，往往采用铜或铝等金属材料作为接地体。然而，在强风化岩石地质条件下，这些金属材料的导电性能受到严重影响，且容易受到土壤腐蚀和氧化的破坏，从而缩短使用寿命并增加维护成本。

2.2 接地体埋设深度不足

传统的接地施工方法通常只考虑将接地体埋设在一定深度以减小接地电阻，但在强风化岩石地质条件下，这种做法往往无法取得理想效果。因为即使增加埋设深度，也难以保证接地体与周围土壤的良好接触和稳定的电气连接。

2.3 接地系统设计不合理

传统的接地系统设计往往缺乏针对性，没有充分考虑到风电场的具体地理环境和气候条件。例如，没有设置足够的接地电极数量或者布局不合理等，导致整个接地系统的性能不能满足风电场的运行要求。

3改进后的接地施工技术

3.1 选择合适的接地材料

针对强风化岩石地质条件下的特点，可以选用一些新型的接地材料来替代传统的金属材料。例如，碳纤维、碳素复合材料等非金属材料具有良好的导电性能和耐腐蚀性，可以有效提高接地性能并延长使用寿命。此外，还可以采用一些具有特殊结构的金属材料如镀锌钢、镀铜钢等，以提高其在恶劣环境下的抗腐蚀性能。

3.2 优化接地体埋设方式

为了解决传统埋设方式的局限性问题，可以采用深井接地技术。这种技术是通过钻孔将接地体直接埋入地下深处的坚硬地层中，从而避免了与上层强风化岩石的直接接触和影响。这样不仅可以有效降低接地电阻，而且可以提高接地体的稳定性和可靠性。同时，在钻孔过程中还可以注入一些特殊的填充材料如水泥浆、化学粘结剂等，以增强接地体与周围土壤的结合力和稳定性。

3.3 采用复合接地系统

复合接地系统是指将不同种类、不同功能的接地材料组合在一起使用的一种接地方式。通过合理搭配各种材料的优点可以弥补单一材料的不足之处从而达到更好的接地效果。例如可以将金属材料与非金属材料相结合形成复合接地体既利用了金属材料的优良导电性能又发挥了非金属材料的耐腐蚀性和机械强度优势。此外还可以采用分层设置的方式将不同类型的接地材料按照一定顺序排列在一起形成多层次的复合接地系统以适应不同土壤条件和环境变化的需求。

3.4 特殊接地工艺

除了上述改进措施外还可以采用一些特殊的接地工艺来提高接地效果。例如采用高频高压冲击技术对接地体进行预处理可以改善接地体表面的导电性能和附着力使其更容易与周围土壤形成良好的电气连接。此外还可以采用电渗注法向地下注入导电液体以降低周围土壤的电阻率从而达到降低接地电阻的目的。

结语

本文详细探讨了在强风化岩石地质条件下风电场接地施工的关键技术和方法并通过实际案例分析验证了改进后接地施工技术的有效性和可行性。研究成果表明：选择合适的接地材料、优化接地体埋设方式、采用复合接地系统以及特殊接地工艺等措施能够有效提高风电场的接地性能并降低接地电阻；同时这些措施还具有较强的稳定性和可靠性能够适应不同气候条件下的运行需求；此外从经济效益和社会效益两个方面来看这些改进措施也具有较好的推广前景和应用价值。

参考文献

[1] 风电场电气设备中风力发电机的运行维护的措施解析[J]. 兰文西.电气技术与经济,2023(02)