风电防雷工程接地施工部署与浪涌保护器选型方案

一、风电防雷的重要性与总体要求

风电场通常建设在沿海、山区或高原等开阔地带，这些区域雷电活动频繁、地形复杂、气候多变。风力发电机组（WTG）高度可达 80–150 米，是雷击的天然“避雷针”，直接雷击和感应雷均可能造成设备损坏、停机甚至火灾事故。因此，风电防雷工程需要从直击雷防护、感应雷防护、接地系统、浪涌保护器（SPD）选型与安装等方面进行系统化设计与施工。

根据《建筑物防雷设计规范》GB 50057-2010（2023 版修订）、《风力发电机组防雷保护技术规范》GB/T 21714-2008及IEC 61400-24（风机防雷国际标准），风电防雷接地系统应满足以下核心指标：

接地电阻：雷电防护系统（LPS）接地电阻 ≤ 10 Ω（土壤条件良好时 ≤ 4 Ω 更佳）。

雷电流冲击耐受：直击雷部分需承受 Iimp ≥ 200 kA（10/350 μs）的冲击电流。

各子系统（塔筒、叶片、控制系统等）需等电位连接，防止雷电位反击。

SPD 配合性：I 级、II 级、III 级 SPD 需能量分级、距离分区协调，残压满足被保护设备的耐压水平。

风电防雷工程,风电浪涌保护器

二、地凯科技风电防雷工程接地系统施工部署

风电场的接地系统不仅要承受雷电流，还需承担运行接地（中性点接地、保护接地）和防静电接地功能。因此，多采用联合接地网设计，并在施工时考虑腐蚀、机械强度、土壤电阻率等因素。

1. 接地系统结构形式

常见结构：

环形接地网：沿风机基础外缘 0.8–1.2 m 处敷设接地环，并与塔筒法兰、基础钢筋网焊接。

放射型接地极：由塔基向外均匀辐射 4–8 条接地极，与接地环相连，增加泄流面积。

混合型接地网：在风机群之间通过接地引下线相互连接，形成全场大地等电位网络。

2. 施工步骤

（1）土壤电阻率勘测

采用四极法测量土壤电阻率 ρ（Ω·m）。

测量深度建议 ≥ 3 m，确保数据反映雨季和旱季变化。

（2）接地体选材与参数

水平接地体：采用热镀锌扁钢 ≥ 40 mm × 4 mm（GB/T 700 Q235-B），镀锌层厚度 ≥ 70 μm。

垂直接地极：采用热镀锌圆钢直径 ≥ 16 mm，单根长度 2.5–3 m，螺纹或焊接连接，镀锌层厚度 ≥ 85 μm。

铜包钢接地棒（耐腐蚀要求高地区）：直径 ≥ 14 mm，铜层厚度 ≥ 0.25 mm，电导率 ≥ 98%。

（3）接地体埋设

埋深 ≥ 0.8 m（冰冻地区应在冻土层以下 0.3–0.5 m）。

接地极之间间距 ≥ 2 倍极长，减少相互影响。

水平接地体在塔基周围封闭敷设，焊接搭接长度为扁钢宽度的 2 倍，圆钢直径的 6 倍。

（4）焊接与防腐

焊接采用满焊，不得有气孔、夹渣。

焊缝冷却后刷两遍防腐沥青漆或导电防腐涂料。

关键部位可加包裹热收缩防腐带。

（5）等电位连接

基础钢筋网与接地体可靠焊接，形成自然接地体。

塔筒底法兰与接地环通过短粗接地扁钢（长度 ≤ 1.5 m）连接。

控制柜、防雷器外壳、变压器中性点、光伏逆变器（如有混合电源系统）等均应接至同一等电位点。

（6）接地电阻测试

工程完工后采用接地电阻测试仪（符合 GB/T 3047.1）测量。

测试值必须 ≤ 10 Ω（群组接地网络通常可达 2–5 Ω）。

三、防雷材料参数表（核心部分）

镀锌扁钢：≥ 40×4 mm，镀锌≥70 μm，GB/T 700、GB/T 13912，抗拉强度≥ 335 MPa

镀锌圆钢：φ≥16 mm，镀锌≥85 μm，GB/T 700、GB/T 13912，长度 2.5–3 m

铜包钢棒：φ≥14 mm，铜层≥0.25 mm，GB/T 10125，电导率≥98%

焊接搭接：扁钢宽度×2，圆钢直径×6，GB 50057-2010，满焊无缺陷

防腐涂料：沥青漆/导电防腐漆，GB/T 1727，厚度≥200 μm

四、地凯科技风电场浪涌保护器（SPD）选型

风电场 SPD 需要覆盖：

叶片与轮毂内部（引雷与导雷通道）

塔筒内电源与控制电路

升压变压器与集电线路

通讯与监控系统（SCADA）

1. SPD 分类与安装位置

塔基低压配电柜进线端：I 级 SPD（电源型） Iimp ≥ 25 kA/极（10/350 μs），Uc=385 V，Up≤2.5 kV，承受直击雷泄流

塔内控制柜：II 级 SPD（电源型），In=20–40 kA（8/20 μs），Uc=385 V，Up≤1.5 kV 吸收感应雷

SCADA/通讯端口：信号SPD（RJ45/RS485），In=5 kA（8/20 μs），Up≤600 V，传输速率≥100 Mbps，防护通讯设备

光纤监控接口：光纤防雷器，光电隔离，防止浪涌通过光电转换器侵入

2. 选型要点

耐受能力：I 级 SPD 必须满足 IEC 61643-11 Class I 要求，冲击电流能力不低于 25–50 kA（10/350 μs）。

工作电压：Uc 按系统额定电压选取（常用 400/690 V 风机），需留 15–20%裕度。

残压匹配：Up 应低于设备耐压水平（一般 PLC、变频器耐压 1.5–2 kV）。

响应时间：≤ 100 ns（电源 SPD），≤ 25 ns（信号 SPD）。

外壳防护等级：户外 SPD 防护等级 IP65 以上，耐盐雾≥720 h（GB/T 10125）。

五、综合施工部署示例（单台风机）

塔基接地网施工

挖基槽深 0.8–1.2 m，敷设 40×4 mm 镀锌扁钢环形接地体。

每隔 90° 向外布放 3 m 镀锌圆钢接地极，并与环形接地焊接。

与塔基钢筋焊接，形成联合接地体。

等电位连接

塔筒底法兰用短接扁钢连接至接地环。

控制柜、防雷箱、变频器、油温监控器均引接地铜排连接至接地环。

SPD 安装

塔基低压配电柜：安装 I 级 SPD（Iimp=25 kA，Uc=385 V）。

塔内控制柜：安装 II 级 SPD（In=20 kA，Uc=385 V）。

SCADA 接口：安装 RJ45 千兆信号防雷器。

光纤入口处：安装光纤隔离防雷模块。

验收与测试

接地电阻测试 ≤ 10 Ω。

SPD 通断指示正常，脱离器工作可靠。

防雷施工记录与隐蔽工程拍照存档。

地凯科技风电防雷工程的接地与SPD配置是确保风机长期稳定运行的核心环节。接地施工必须结合土壤电阻率，确保低阻高导与耐腐蚀性能，同时SPD应分级布防、匹配残压，并考虑通信与控制系统的全方位保护。严格按照GB 50057、GB/T 21714、IEC 61400-24等标准执行，才能有效减少雷害停机，提升风电场的年发电量和安全性。

审核编辑 黄宇