Руководство по спецификации полевых данных для инженеров, занимающихся проектированием, закупками и строительством солнечных электростанций: как 4200 химических заземляющих электродов, поставленных на саудовскую фотоэлектрическую электростанцию ​​мощностью 150 МВт, выдержали сопротивление контактной площадки 3,1 Ом в течение пяти лет при сопротивлении грунта 1800 Ом·см — и этапы закупки, установки и аудита, которые позволили нам достичь этого результата.

Данные, представленные в этой статье, получены с саудовской солнечной электростанции мощностью 150 МВт, запрос на которую поступил к нам в августе 2020 года в рамках стандартной процедуры. Мадридская компания, занимающаяся проектированием, закупками и строительством (EPC), перешла от цены за единицу оборудования к спецификации во втором электронном письме — их ведущий инженер уже работал над проектом мощностью 50 МВт в 2018 году, где запасы водонагревателей превысили допустимый предел напряжения на третьем году эксплуатации. Далее следует последовательность закупок, монтажа и аудита, которая привела к созданию модели эксплуатации со средним сопротивлением 3,1 Ом / худшим 4,7 Ом / пятилетним периодом без технического обслуживания — и одной партии оборудования от поставщика, которая едва не нарушила эту модель.

1. Проект, не требующий технического обслуживания, который начался с неудачной попытки создания системы полива с помощью стержней.

В качестве примера отказа была использована чилийская фотоэлектрическая электростанция мощностью 50 МВт, введенная в эксплуатацию в 2018 году, с обычными приводными медными стержнями и шестимесячным циклом полива. К третьему году работы диапазон напряжения прикосновения на шести площадках инвертора вышел за пределы проектного запаса, поскольку два запланированных полива в 2020 году были пропущены (ограничения на поездки из-за COVID-19). Стержни физически не вышли из строя — они высохли. Сопротивление площадок превысило пороговое значение в 5 Ом на трех из шести площадок.

Именно этот оперативный пробел устраняет химический заземляющий электрод. Наш продукт представляет собой стальной сердечник с медным покрытием (17,2–25,4 мм), расположенный внутри кольцевого зазора диаметром 100–150 мм, заполненного гигроскопичным составом — бентонитовой глиной, смешанной с сульфатом магния и влагоудерживающей добавкой. Состав поглощает окружающую влагу и удерживает ее у поверхности стержня; сульфат магния поддерживает проводимость непосредственно в объеме почвы. В результате на уровне предприятия диапазон напряжения срабатывания остается в пределах расчетного запаса в течение всего 25–30-летнего срока службы, а цикл полива исключается из плана эксплуатации и технического обслуживания.

В случае с саудовским проектом разница между электродом с водяным охлаждением и химическим электродом заключалась в пятилетнем обязательстве по эксплуатации и техническому обслуживанию, которое компания EPC включила в договор с самого начала. Как только эта концепция была сформулирована, надбавка за единицу становится обоснованной статьей расходов.

2. Карта удельного сопротивления почвы, на основе которой были выбраны 4200 электродов.

Честный ответ наКогда химический электрод перестаёт быть необязательным элементом?Это карта удельного сопротивления грунта. Для саудовского завода мы провели четырехточечное обследование Веннера по всей площади участка 1,8 км² с использованием штифтов на запланированной глубине залегания электродов (зонды 1,5 м и 3,0 м). Приведенная ниже схема — это то, что я использую, когда EPC-подрядчик задает тот же вопрос по новому проекту.

Важно значение удельного сопротивления на запланированной глубине залегания электрода, а не на поверхности.На саудовском участке показания четырехточечного датчика на поверхности составили 380 Ом·см (что указывало на достаточность забивного стержня); показания на глубине 1,5 м составили 1400 Ом·см, а на глубине 3,0 м — 1800 Ом·см. Без послойного обследования в техническом задании было бы указано использование забивного стержня с подачей воды.

3. Что на самом деле означает «не требующий технического обслуживания» в нашем отчете о типовых испытаниях?

Эта фраза является отраслевым стандартом, но используется не совсем корректно, поэтому мы фиксируем её в письменном виде для каждой отгрузки. Химический заземляющий электрод, не требующий технического обслуживания, на нашем погрузочном доке обладает четырьмя техническими характеристиками, которые указываются в протоколе типовых испытаний, и именно этот протокол должен быть запрошен у заказчика перед подписанием заказа на поставку.

1. Гигроскопичная засыпка (наМЭК 62561-7).Бентонит, компаундированный с сульфатом магния (а не с хлоридом натрия, который разрушает медные сердечники). Тест на ионную стабильность при 60°C в течение 30 дней выявляет нарушения со стороны поставщиков: соответствующие требованиям компаунды демонстрируют снижение удельного сопротивления на ≥80%; в партии поставщика 2022 года этот показатель упал до 65%, что привело к переходу на собственный компаунд.
2. Стальной сердечник с медным покрытиемNEMA GR-1Минимальная толщина оболочки составляет 254 мкм.Предотвращает гальваническую коррозию. Мы отклонили предложение поставщика 2021 года, толщина покрытия которого составляла 180 мкм — что соответствует спецификации для низкотокового заземления сигналов, но слишком тонко для импульсной токовой нагрузки, которую несет клемма ESE во время удара молнии.
3. Стационарная смотровая яма с измерительным окном, крепящимся зажимом.Полимерный материал размером 300 мм × 300 мм × 300 мм (не бетон; бетон трескается при циклических перепадах температуры в засушливых условиях). Зажимное устройство позволяет бригаде по эксплуатации и техническому обслуживанию проверить результаты повторного испытания через пять лет за 30 секунд на каждой площадке.
4. В плане эксплуатации и технического обслуживания не предусмотрено плановое повторное полив.В саудовском руководстве указано, что зажим следует устанавливать на первый, третий и пятый год — между ними ничего. Шести- или двенадцатимесячный цикл полива означает, что электрод был выбран неправильно.

Различие междухимический заземляющий электроди анэлектролитический ионный заземляющий стерженьВ нашей линии используется геометрический, а не функциональный принцип — медная трубка против стального сердечника с медным покрытием, одинаковая засыпка. Оба варианта показали одинаковое среднее сопротивление 3,1 Ом при целевом значении 5 Ом на заводе в Саудовской Аравии.

4. Четыре стандарта, на которые даны перекрестные ссылки в саудовской спецификации.

В саудовской спецификации были указаны четыре стандарта. Вопрос о том, какой стандарт определяет какое решение, чаще всего остается неявным в договорах EPC — вот схема работы.

Для площадок среднего напряжения и подстанции POI,IEEE 80иIEEE 665Ограничением по сцеплению являлось сопротивление контактной площадки, а не сопротивление самой площадки. Оба участника должны были согласиться с требованиями стандарта IEEE 837, прежде чем кто-либо из них дал свое согласие.

5. Где именно располагались электроды на массиве.

На заводе в Саудовской Аравии вопрос «куда их разместить?» был решен на основе однолинейной схемы, которую EPC-подрядчик трижды пересматривал перед отправкой первого контейнера. Химические электроды размещались в пяти различных местах, и в документации по закупкам необходимо было указать, какой стандарт регулирует какое местоположение, поскольку одна и та же геометрия электрода была указана по-разному для каждого из них.

Рисунок 2 — Электролитический ионный заземляющий стержневой химический электрод в смотровом колодце на площадке инвертора на заводе в Саудовской Аравии. Медный сердечник приварен экзотермическим методом к заземляющему проводнику оборудования на уровне смотрового колодца.

1. Инверторные площадки.Изначально на каждой площадке использовалась одна электродная станция; на 14 площадках, где сопротивление на участке длиной 1,5 м превышало 1800 Ом·см (1316 электродов, среднее сопротивление 3,1 Ом), была добавлена ​​вторая.
2. Площадки для трансформаторов среднего напряжения.Два электрода на каждую площадку плюс слой гравия на поверхности, разработанные в соответствии с диапазоном контактного и ступенчатого напряжения IEEE 80 (84 площадки, 168 электродов).
3. Распределительные коробки.Один электрод на коробку (1890 электродов).
4. Оба конца основного заземляющего кабеля постоянного тока.Два электрода (ствол длиной 1,4 км).
5. Оконечное сопротивление токоотводящим проводам ESE.24 воздушных клеммы ESE по периметру массива и корпусу распределительного устройства среднего напряжения, каждая с электролитическим ионным заземляющим стержнем (ограничивающим фактором была пропускная способность по импульсному току).

Всего: 4200 химических электродов, что соответствует графику закупок EPC и контейнерам, отправленным из Синьчана в период с сентября 2020 года по март 2022 года. Наиболее распространенная ошибка в первой редакции — это представление всех пяти типов площадок как идентичных, что не так. В документе о закупках должно быть указано, какой стандарт регулирует какую площадку.

6. Спецификация по химическому составу засыпки, которая действительно выделила поставщика.

В рамках саудовского проекта технические условия насыпи разделили двух финалистов тендера. Один из них прислал 14-страничный каталог с единственной ссылкой на стандарт IEC 62561-7 на задней обложке. Другой прислал 38-страничный отчет о типовых испытаниях, охватывающий коэффициент снижения удельного сопротивления при четырех эталонных условиях влажности, результаты ионной стабильности при 60°C в течение 30 дней, кривую влагоудержания за 90 дней и заявление о соответствии экологическим требованиям на этапе оценки воздействия на окружающую среду (ESIA). Второй — это поставщик, которого EPC-подрядчик включает в 25-летний план эксплуатации и технического обслуживания.

В разработанном нами документе для закупок, предназначенном для Саудовской Аравии, были указаны четыре свойства — те же четыре, которые мы проверяем внутри компании перед каждой поставкой, и те же четыре, которые подтверждаются результатами наших типовых испытаний.

• Коэффициент снижения удельного сопротивления (согласно IEC 62561-7).Стандарт: соотношение 12:1 при эталонной влажности 20%.
• Долговременная ионная стабильность (при 60°C / повторное тестирование через 30 дней).Сульфат магния лучше, чем хлорид натрия (хлорид разрушает медные сердечники); пороговое значение сохранения ≥80%. Партия поставщика 2022 года показала 65% — это пороговое значение для самостоятельного компаундирования.
• Сохранение влажности в течение 90-дневного цикла высыхания.Сохранение 73% материала после 90 дней при температуре 35°C и относительной влажности 30% — именно эти данные были использованы EPC для определения необходимости повторного тестирования через пять лет.
• Соблюдение экологических норм в рамках ESIA.Проходит стандартную проверку фильтрата на содержание регулируемых металлов ниже 1 мг/л.

Завод, предоставивший отчет о типовых испытаниях на четырех объектах, — это тот, который EPC включает в 25-летний план эксплуатации и технического обслуживания; а тот, у которого есть только лист с размерами стержней, появляется на втором году с электронным письмом о «новом улучшенном составе».

7. Как мы определили шестиэтапную процедуру для Саудовского соглашения о проектировании, закупках и строительстве (EPC).

Шестиэтапная процедура составления спецификации, которую мы провели для EPC-партнера, — это та же самая процедура, которую мы используем для каждого крупномасштабного проекта по строительству солнечных электростанций. Это не типовой список — на каждом этапе инженер EPC-партнера должен принять решение, соответствующее конкретному проекту.

1. Проведите четырехточечное геофизическое исследование методом Веннера по всей запланированной площади застройки.Запись производилась на глубине зондирования 1,5 м и 3,0 м. Разница между показаниями на поверхности и на глубине на участке в Саудовской Аравии составила 4× (380 Ом·см против 1800 Ом·см).
2. Установите целевое сопротивление для каждой контактной площадки, используя однолинейную схему проекта.Саудовская компания EPC установила сопротивление 5 Ом на каждую площадку инвертора и 1 Ом для всей эквипотенциальной сети; оба значения были соблюдены в ходе повторных испытаний через пять лет.
3. Укажите химический состав засыпки в письменной форме, приложив к заявлению протокол типовых испытаний по четырем параметрам.Партия поставщиков 2022 года стала тестовым примером — в отчете был зафиксирован показатель удержания 65% продукции до отгрузки.
4. Зафиксируйте геометрию стержня и стандарт соединителя.Медные клеммы с покрытием 17,2 мм × 2,4 м для инверторных площадок; клеммы с электролитической ионной сваркой 25,4 мм × 2,4 м для средневольтных площадок и клемм защиты от молнии. Экзотермически сваренные разъемы дляIEEE 837Без механических зажимов.
5. Устанавливать в ненарушенном грунте с помощью вертикального бура диаметром 100 мм.Один и тот же шнек используется по всей длине трубопровода — никаких специальных инструментов не требуется. Засыпьте кольцевое пространство перед герметизацией смотровой ямы; избегайте прокладки трубопровода через застойную воду (на этом участке действует правило 14-дневного сухого периода перед установкой).
6. Необходимо провести проверку методом измерения падения потенциала при вводе в эксплуатацию и на пятом году эксплуатации.Согласно семейству методов IEEE 81, учитывались логарифмическое сопротивление, температура почвы и влажность. Повторное тестирование на саудовской электростанции через пять лет показало среднее значение 3,1 Ом, а наихудшее значение для контактной площадки составило 4,7 Ом.

8. Размерная сетка, которую мы неправильно подобрали с первого раза.

Первые 200 электродов на заводе в Саудовской Аравии были поставлены с буром диаметром 75 мм (инженер EPC-компании использовал его на предыдущем проекте с забивным стержнем), и полевые измерения показали среднее значение 5,8 Ом при целевом значении 5 Ом — компаунду не хватило места для гидратации. Для оставшихся 4000 электродов мы перешли на 100 мм, и среднее значение снизилось до 3,1 Ом. 200 отверстий меньшего диаметра не были повторно пробурены; это 6% площадок в диапазоне «выше 2000 Ом·см», которые были обработаны двойным электродным методом.

Разница в 0,4 Ом между шнеком диаметром 75 мм и 100 мм — это самая большая переменная, зависящая от условий монтажа, которую мы измерили, и именно эту переменную контролирует инженер-проектировщик объекта, а не заводские параметры или состав засыпного раствора. Натяжение линии компаундирования можно регулировать, исходя из технических условий; натяжение шнека — нет.

9. Как это связано с глобальным развитием солнечной энергетики — и почему это важно для закупок по схеме «под ключ» в 2026 году.

Показатель в 3,1 Ом, полученный на заводе в Саудовской Аравии, не является исключением. В период с 2020 по 2025 год, в рамках поставок для крупных солнечных электростанций на Ближнем Востоке, в Северной Африке, на юго-западе США и во внутренних районах Австралии, среднее сопротивление площадки при правильно заданных параметрах установки составило от 2,8 до 3,6 Ом при целевом значении в 5 Ом. Разброс в 0,8 Ом обусловлен соблюдением требований к толщине грунта и диаметру бурового отверстия при установке. Постоянство химического состава засыпки имеет меньшее значение, чем соблюдение требований к диаметру бурового отверстия — этот результат удивил нашу команду контроля качества при проверке данных повторных испытаний за пятый год на соответствие данным об установке.

Эта схема обработки полевых данных контрастирует с процессом строительства, который сейчас ведется.Отслеживание IEA-PVPSЕжегодно вводится более 400 ГВт новых солнечных электростанций.Обзор IEA-PVPS за 2024 годподтверждает, что совокупный объем PV превысил 2 ТВт;МЭА Возобновляемые источники энергии 2024В отчете прогнозируется, что крупномасштабные фотоэлектрические системы останутся крупнейшим источником новых возобновляемых мощностей до 2030 года. Для закупочных команд заземление перешло от общего понятия "стержень и зажим" к признанной категории спецификаций для крупномасштабных систем, и те поставщики, которые могут предоставить отчет о типовых испытаниях по четырем параметрам, выигрывают тендер.

10. Часто задаваемые вопросы от групп по закупкам EPC (проектирование, закупка и строительство)

Что представляет собой химический заземляющий электрод для солнечной электростанции?

Стальной стержень с медным покрытием, установленный вертикально и окруженный гигроскопичной засыпкой, которая поглощает влагу из окружающей среды, стабилизируя сопротивление электрода в течение многих лет без ручного полива. На заводе в Саудовской Аравии в 2020-2022 годах было отгружено 4200 электродов со средним сопротивлением 3,1 Ом на пятом году эксплуатации.

Почему не требующее обслуживания заземление важно для крупномасштабных фотоэлектрических систем?

Электростанции занимают от десятков до сотен гектаров, и на них расположены тысячи электродов. Традиционный электрод, работающий по шести- или двенадцатимесячному циклу полива, оставляет оборудование незащищенным в случае нарушения графика. Не требующее обслуживания заземление исключает необходимость в таком цикле.

Какое удельное сопротивление грунта слишком высокое для использования только забивного стержня?

При сопротивлении выше примерно 1000 Ом·см один медный стержень с медным покрытием не может надежно обеспечить сопротивление ниже 5 Ом на площадке без чрезмерного количества стержней или очень глубокой установки. На заводе в Саудовской Аравии 73% массива находилось в диапазоне 1000-2000 Ом·см; 6% с сопротивлением выше 2000 Ом·см были оснащены электродами дельта-образной формы.

Какие стандарты применяются к химическому заземлению на фотоэлектрических установках?

IEEE 837для разъемов,IEEE 80 / IEEE 665для проектирования в стиле подстанции,МЭК 62561-7для заземляющих соединений, иСтатья 690 стандарта NFPA 70 (NEC).для заземления фотоэлектрической системы.NEMA GR-1покрывает сам стержень.

Как долго служит химический электрод в процессе эксплуатации?

Правильно подобранный электрод обеспечивает стабильный диапазон сопротивления на протяжении всего расчетного срока службы от 25 до 30 лет. Медное покрытие предотвращает гальваническую коррозию; засыпка остается активной, поскольку она гигроскопична. 4200 электродов на саудовской электростанции не поливались повторно с момента установки.

Соответствуют ли химические электроды требованиям стандарта NEC 690?

Да.Статья 690 стандарта NFPA 70 (NEC).Описывает заземление фотоэлектрической системы; химический электрод с медным сердечником иIEEE 837Фитинги соответствуют требованиям.

Чем отличается химический состав засыпки от состава одного лишь бентонита?

Чистый бентонит гигроскопичен, но в засушливые сезоны теряет ионную активность. Не требующая обслуживания засыпка содержит пакет электролитных солей (обычно сульфат магния) и влагоудерживающую добавку.

Где следует размещать химические электроды на фотоэлектрической батарее?

На саудовской электростанции: 1316 на площадках инверторов, 168 на площадках среднего напряжения, 1890 в распределительных коробках, по 2 на обоих концах 1,4-километрового магистрального кабеля постоянного тока, 24 на молниеотводах ESE — всего 4200. Геометрия расположения различается в зависимости от местоположения.

В чём разница между химическим электродом и электролитическим ионным заземляющим стержнем?

В большинстве технических описаний эти слова используются взаимозаменяемо.наша линияВ химическом электроде используется медная трубка;электролитический ионный заземляющий стерженьиспользует сердечник с медным покрытием.

11. Заключение — Что мы просили саудовскую компанию EPC прислать нам в первый же день

Если вы являетесь инженером проекта EPC и у вас открыта документация по закупкам, то для того, чтобы мы могли составить предложение без шестинедельного цикла уточнений, нам необходимы те же шесть пунктов, которые команда из Мадрида отправила в августе 2020 года: однолинейная схема с расположением электродов, многослойное обследование Веннера на запланированной глубине, целевые значения сопротивления для каждой площадки и каждой сетки, стандарт соединителя (как правило,IEEE 837), стандарт состава засыпного компаунда (МЭК 62561-7), а также ограничения ESIA.

Для реального проекта самый быстрый путь — это...страница товара «химический заземляющий электрод», тоэлектролитический ионный заземляющий стерженьиназемный модульстраницы илиТоп-5блог.Свяжитесь с нашим экспортным отделомдля прямого разговора.