管窺地面并網(wǎng)光伏電站電氣設計重點

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1光伏電站的防雷接地設計

1.1光伏電站防雷

淺談地面并網(wǎng)光伏電站電氣設計要點文/陳攻1彭閃閃2光伏電站的防雷是一個系統(tǒng)而且重要的工程，必須內部、外部措施綜合考慮。工程的防雷設計應本著遵循“整體防御、綜合治理、多重保護、層層設防”的方針，依據(jù)相關規(guī)程、規(guī)范，力求最大限度地避免由于雷擊造成重要設備損害。雷擊造成的危害有很多形式，主要包括直擊雷擊、感應雷擊和雷電反擊三種，在工程設計中，針對不同的建筑物和雷擊形式，采用不同的防護措施如下：

1.1.1直擊雷防護

并網(wǎng)發(fā)電工程中，電池組件等光伏設備的布置區(qū)域廣泛、高度差別不大，如設置獨立避雷裝置，保護范圍有限，設置數(shù)量較多，會造成工程成本的增加，如果設置不當還會出現(xiàn)遮擋太陽光線、影響發(fā)電效率的情況。根據(jù)GB50057-2000《建筑物防雷設計規(guī)范》的規(guī)定，光伏陣列屬于三類防雷建筑物，可采用將金屬構件可靠連接接地的方式。所以對于光伏組件可采用把所有電池組件、方陣支架上的金屬構件與站區(qū)內的主接地網(wǎng)有效相連的方式，以達到防雷的目的。一旦出現(xiàn)直擊雷擊中電池組件的金屬框架，已預先設計好的接地通路就可將雷電流順利引入大地分散消除。而光伏電站建筑物則只需設置屋頂避雷帶即可。當避雷裝置在接閃雷電時，引下線立即產(chǎn)生高電位，會對防雷系統(tǒng)周圍的尚處于地電位的導體產(chǎn)生旁側閃絡，并使其電位升高，進而對人員和設備構成危害。為了減少這種閃絡危險，最簡單的辦法是采用均壓環(huán)，將處于地電位的導體等電位連接起來，包括室內的金屬設施、電氣裝置和電子設備。如果其與防雷系統(tǒng)的導體，特別是接閃裝置的距離達不到規(guī)定的安全要求時，則應該用較粗的導線把它們與防雷系統(tǒng)進行等電位連接。這樣在閃電電流通過時，所有設施立即形成一個“等電位島”，保證導電部件之間不產(chǎn)生有害的電位差，不發(fā)生旁側閃絡放電。完善的等電位連接還可以防止閃電電流入地造成的地電位升高所產(chǎn)生的反擊。

1.1.2感應雷防護

感應雷由靜電感應產(chǎn)生，也可由電磁感應產(chǎn)生，形成感應雷電壓的機率很高，對建筑物內的電子設備造成較大的威脅，光伏發(fā)電系統(tǒng)的防感應雷工作重點是防止感應雷由外界線路侵入室內設備。入侵光伏系統(tǒng)的雷電過電壓過電流主要有以下兩個個途徑：

①.由交流并網(wǎng)供電線路入侵。

②.由光伏系統(tǒng)的組件方陣直流線路入侵。此時應在光伏系統(tǒng)直流匯流箱、并網(wǎng)逆變器內部的交，直流側設置防雷擊保護裝置對線路作直擊雷保護。在各箱變或開關柜進出線均設置無間隙金屬氧化鋅避雷器對感應雷進行防護。

1.1.3雷擊反擊防護做等電位處理

等電位處理也可稱共地處理，即工作地、防雷地、保護地均進行等電位連接及金屬線管的屏蔽接地，消除各點之間的電位差。

1.2光伏系統(tǒng)的接地

1.2.1接地網(wǎng)的通常設計光伏電站接地網(wǎng)采用以水平接地網(wǎng)為主

垂直接地極為輔主，邊緣閉合的方孔復合式接地網(wǎng)，水平接地極擬采用熱鍍鋅扁鋼，具體規(guī)格根據(jù)實際工程詳細設計，垂直接地極易采用ø25，L=2.5m鍍鋅鋼管，并與水平敷設的扁鋼焊接連貫通，連接成網(wǎng)。建筑物屋頂避雷帶引下與主地網(wǎng)連接處，設置必要的垂直接地極，以保證沖擊電位時散流，為防止可能的繞擊、側擊和球雷等情況，建筑物的梁、柱鋼筋應焊接成一體，作為自然接地體與主地網(wǎng)相連接。根據(jù)國網(wǎng)公司反措，沿二次電纜的溝道、開關廠的就地端子箱等處，使用截面不小于100mm²的裸銅排（纜）敷設與主接地網(wǎng)緊密連接的等電位接地網(wǎng)。

1.2.2接地網(wǎng)防腐設計通過對電站接地裝置事故統(tǒng)計表明

接地裝置腐蝕是造成接地裝置事故的主要原因之一。電站接地裝置一般都采取防腐措施，但方法并不一致，對于不同的工程應對這些防腐蝕措施進行比較分析，從而推薦出最佳防腐措施。

（1）接地裝置采用熱鍍鋅材料

采用熱鍍鋅扁鋼是多數(shù)變電站接地裝置采用的防腐措施，它主要利用高溫熱浸時所形成的鋅合金層本身的防腐特征。按照滿足熱穩(wěn)定要求的扁鋼最小截面計算，如無當?shù)赝寥栏g率時，按已有工程經(jīng)驗考慮每年平均腐蝕0.1mm，截面還應增加50%。

（2）接地裝置采用銅材

主要是考慮到變電站接地裝置的重要性和銅的耐腐蝕性和穩(wěn)定性。據(jù)資料介紹，銅腐蝕不存在點蝕，屬表面均勻腐蝕，銅在土壤中的腐蝕速度大約是鋼材的（1／5）～（1／10）。從防腐上來講銅接地網(wǎng)的防腐性能明顯優(yōu)于熱鍍鋅扁鋼，但從工程投資方面上考慮，采用銅接地網(wǎng)的投資成倍地高于熱鍍鋅扁鋼地網(wǎng)投資。

（3）陰極保護法。電站中采用埋入電位更負的活潑金屬與被保護金屬偶接，從而具有減緩或阻止腐蝕的作用。根據(jù)提供保護電流方式的不同，陰極保護法又可分為犧牲陽極和外加電流兩種。國內有的單位又將犧牲陽極法加以改進，鋼體上涂上導電涂料，雖然具體實施上略有差異，但基本原理是相同的。以上兩種陰極保護法的造價基本相同。

（4）接地裝置的敷設。主接地網(wǎng)應敷設于凍土層以下。當無法深埋時可敷設凍土層中，由于凍土時與非凍土時土壤電阻率相差很大，需保證凍土與非凍土時均能保證接地電阻。接地網(wǎng)施工完成后，必須在凍土與非凍土時分別測量接地電阻值，如實測達不到要求，可敷設深鉆式接地極或者使用化學降阻劑等方法，直到達到要求為止。

2光伏電站電纜敷設設計

由于大中型光伏電站占地較大，光伏電站內各單元發(fā)電模塊與光伏發(fā)電母線若采用輻射式連接，雖然單個單元發(fā)電模塊故障時對整個光伏電站發(fā)電量影響較小，但電纜數(shù)量以及開關柜數(shù)量都將大大增加，故光伏電站內各單元發(fā)電模塊與光伏發(fā)電母線若采用”T”式連接方式?？纱蟠蠊?jié)省電纜數(shù)量以及開關柜數(shù)量。其集電線路數(shù)量可跟據(jù)技術經(jīng)濟比較后確定。而在有些山地或丘陵光伏電站需采取綜合的敷設方式。例如筆者設計的某30MW地面光伏并網(wǎng)電站，場地起伏有一定起伏，雖然可以采用全程電纜敷設的方式但存在施工難度大，費用高的問題，僅35kV電纜就需要12.5公里，筆者對光伏電站地形的詳細的勘測分析后，確定了架空線路加直埋的方式，通過對地形的詳細分析，科學的規(guī)劃集電線路的路徑，做到架空線路不遮擋陣列，又力求架空線路路徑最短，最終35kV電纜僅需1.6公里，架空線路5公里，僅這設備一項就節(jié)省200多萬。所以集電線路的設計要結合光伏陣列所在具體位置，地質情況，電氣主接線，投資等綜合方面去考慮。平地光伏電站光伏陣列區(qū)域電纜宜采用直埋敷設，直埋電纜宜敷設至凍土之下，由于地面光伏電站大都在西北部，凍土很深，如果直埋則現(xiàn)場工程量則會很大且現(xiàn)場施工時往往不采用回填土。此時應采用耐寒電纜，電纜長度留出裕量，為了防止電纜損傷由凍土層敷設至非凍土層時加穿一段電纜保護管。通過這樣的措施既能節(jié)省大量投資，又能保證電纜的安全運行。山地光伏電站光伏陣列區(qū)域電纜宜采用電纜橋架加直埋相結合的敷設方式，電纜橋架順地勢而敷設，考慮到散水及雜草的影響，高度不低于40公分。電纜橋架應采用鍍鋅橋架或玻璃鋼橋架。

3結束語

本文淺談了地面并網(wǎng)光伏電站電氣設計中一些需要關注的要點，并通過這幾年的設計經(jīng)驗的總終結中提出一些相對合理的設計方案。為廣大設計同仁提出了一點參考和建議.

作者：陳攻 彭閃閃 單位：大唐山東太陽能開發(fā)有限公司  河北能源工程設計有限公司