光伏電站防雷接地注意事項(xiàng)

時(shí)間：2023-04-12作者：四川雷電防雷技術(shù)有限公司瀏覽：67

雷電防護(hù)對(duì)整個(gè)光伏電站來(lái)說(shuō)，是一個(gè)不可或缺的組成部分，它關(guān)系到電站能否平安正常的運(yùn)行和電站人員的安全。作為未來(lái)新能源的主要選擇，國(guó)內(nèi)尚無(wú)一個(gè)詳細(xì)的設(shè)計(jì)規(guī)范來(lái)明確如何進(jìn)行光伏電站的防雷設(shè)計(jì)，因此本文主要針對(duì)光伏電站的防雷方法結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)規(guī)范，進(jìn)行總結(jié)和歸納，陳述個(gè)人觀點(diǎn)。




1 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的組成及主要需防護(hù)雷擊設(shè)施光伏發(fā)電系統(tǒng)主要分為3大類:獨(dú)立，分布式和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。本文主要針對(duì)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)探討。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)工作原理是由地面光伏方陣將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為直流電能，通過(guò)匯流箱匯流后輸送到的直流配電柜，然后輸送到并網(wǎng)逆變器上，逆變器將直流電轉(zhuǎn)變成交流電后，傳輸?shù)浇涣髋潆姽?，并?jīng)升壓后，送至電網(wǎng)。并網(wǎng)光伏電站主要由光伏方陣，匯流箱，直流輸電線纜，直流配電柜、并網(wǎng)逆變器、交流配電柜，升壓變壓器、送出線路及計(jì)量、控制、通訊等設(shè)備組成。本文中暫不考慮蓄電池組、蓄電池控制器及太陽(yáng)跟蹤控制系統(tǒng)。




雷電對(duì)并網(wǎng)光伏電站的危害主要分為3種類型，分別為直擊雷，閃電電涌侵入以及設(shè)備機(jī)房的雷擊電磁脈沖。直擊雷:當(dāng)雷擊于地面光伏方陣、設(shè)備機(jī)房或送出線路上，經(jīng)過(guò)其對(duì)地放電產(chǎn)生的電擊時(shí)，由于雷電流的高溫?zé)嵝?yīng)，在雷電流流過(guò)的通道上，物體水分受熱汽化而劇烈膨脹，產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊性機(jī)械力，可使人體組織、建筑物結(jié)構(gòu)、設(shè)備部件等斷裂破碎，從而導(dǎo)致人員傷亡、建筑物破壞，以及設(shè)備毀壞等。




閃電電涌侵入:雷擊在輸出線路、直流電纜線路或金屬管道上時(shí)，雷電流沿電纜線路或金屬管道侵入室內(nèi)，或者雷擊在電纜線路或金屬管道附近時(shí)，由于雷電流變化梯度大而產(chǎn)生強(qiáng)大的交變磁場(chǎng)，使得雷擊點(diǎn)附近的金屬導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流沿著金屬管線侵入設(shè)備機(jī)房?jī)?nèi)，損壞設(shè)備或者危及人身安全。設(shè)備機(jī)房的雷擊電磁脈沖:雷擊建筑物或附近時(shí)，雷電流進(jìn)入建筑物的防直擊雷系統(tǒng)時(shí)所產(chǎn)生的迅變電磁場(chǎng)，它會(huì)對(duì)周圍的一切電子設(shè)備發(fā)生作用。這種磁場(chǎng)變化引起的電場(chǎng)變化可能導(dǎo)致機(jī)房?jī)?nèi)部通訊、監(jiān)控等系統(tǒng)的電子、電氣設(shè)備失效。綜上所述，并網(wǎng)光伏電站需采取雷電防護(hù)措施的組成部件有:地面光伏方陣、直流輸電線路、金屬管線、送出線路、建筑物機(jī)房及設(shè)備機(jī)柜(含直流配電柜、并網(wǎng)逆變器、交流配電柜，升壓變壓器及計(jì)量、控制、通訊設(shè)備等)。




2 并網(wǎng)系統(tǒng)光伏電站防雷方案


2.1防雷類別確定光伏電站的光伏方陣屬于露天場(chǎng)所，一般分布于空曠開(kāi)闊的場(chǎng)地，而且分部面積較大，遭受直擊雷擊的概率自然會(huì)相對(duì)應(yīng)的增加。防雷類別參考《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)糧、棉及易燃物大量集中的露天堆場(chǎng)的按照三類防雷建筑物的判定，雖然光伏方陣不屬于易燃物，但是投資巨大，如果因雷擊造成人員傷害或設(shè)備損害，其損失也是巨大的。光伏方陣雖存在較低火災(zāi)危險(xiǎn)，但從減少經(jīng)濟(jì)損失的角度出發(fā)，對(duì)光伏方陣進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)是非常必要的。綜合各方面因素，建議按三類防雷建筑物考慮。




2.2直擊雷防護(hù)直擊雷防護(hù)主要分為3個(gè)部分，設(shè)備機(jī)房，地面光伏方陣及送出線路。2.2.1設(shè)備機(jī)房直擊雷防護(hù)措施設(shè)備機(jī)房直擊雷防護(hù)應(yīng)按照三類防雷建筑物來(lái)考慮設(shè)計(jì)，采用φ12mm鍍鋅圓鋼作為接閃器，敷設(shè)在屋角、屋檐和檐角等易受雷擊部位，并在整個(gè)屋面組成不大于20m×20m的接閃網(wǎng)。利用建筑物混凝土柱內(nèi)2根φ≥16mm主筋作為引下線，其間距不大于25m，引下線上端與接閃帶連接，下端與基礎(chǔ)接地網(wǎng)連接。2.2.2地面光伏方陣直擊雷防護(hù)措施光伏方陣的光伏組件可利用其金屬邊框作接閃器、金屬支架作接地線，場(chǎng)站內(nèi)應(yīng)采用由垂直接地較和水平接地較共同組成的人工接地網(wǎng)，利用∟50mm×50mm×5mm角鋼作為垂直接地較，在土壤中的埋設(shè)深度不應(yīng)小于0.5m，采用40mm×4mm扁鋼作為水平接地較，挖溝埋設(shè)，垂直接地體的間距應(yīng)大于埋深的兩倍并均勻布置。固定在同一金屬框架上的光伏組件，其金屬框架接地點(diǎn)應(yīng)大于2點(diǎn)，且每個(gè)接地點(diǎn)間隔距離不大于25m。光伏方陣的防雷接地應(yīng)與其保護(hù)接地、系統(tǒng)接地以及設(shè)備機(jī)房的接地系統(tǒng)共用同一接地裝置;共用接地裝置的接地電阻，應(yīng)符合各接地系統(tǒng)小值的要求，一般不大于1Ω。2.2.3送出線路直擊雷防護(hù)措施送出線路應(yīng)通過(guò)裝設(shè)避雷線來(lái)降低直擊雷造成的危害。




2.3防閃電電涌侵入的要求防閃電電涌侵入主要針對(duì)出、入戶金屬管線的防護(hù)，包括直流輸入電纜、金屬管道、匯流箱、送出線路的防護(hù)。




2.3.1直流輸電線路及金屬管道防閃電電涌侵入措施為減少雷電流或電涌電流通過(guò)直流輸電線纜進(jìn)入機(jī)房，直流輸電纜應(yīng)采用屏蔽電纜，其屏蔽層應(yīng)至設(shè)。金屬管道至少在始、末端、分支處、進(jìn)入防雷區(qū)交界處做等電位連接，從而避免雷電流或電涌電流通過(guò)直流輸電線進(jìn)入機(jī)房，使設(shè)備機(jī)柜遭受損害。




2.3.2匯流箱防閃電電涌侵入措施應(yīng)在匯流箱內(nèi)裝設(shè)直流電涌保護(hù)器，即分別在匯流箱輸出端在正極對(duì)地、負(fù)極對(duì)地、正極對(duì)負(fù)極之間安裝，直流電涌保護(hù)器的主要技術(shù)參數(shù)應(yīng)滿足:額定沖擊電流Iimp≥12．5kA(10/350μs)。當(dāng)場(chǎng)站內(nèi)的光伏方陣或附近地面遭受雷擊時(shí)，輸電線路中形成的雷電流或電涌電流會(huì)通過(guò)匯流箱中的電涌保護(hù)器進(jìn)行泄流。另外根據(jù)實(shí)際直流輸電線路數(shù)量，若需要進(jìn)一步減小電涌電流，可在多級(jí)匯流箱中增設(shè)能量相匹配的電涌保護(hù)器以達(dá)到目的。值得注意的是安裝在匯流箱處的直流電源電涌保護(hù)器應(yīng)滿足光伏系統(tǒng)的應(yīng)用特性要求，持續(xù)工作電壓應(yīng)大于或等于光伏組件的開(kāi)路電壓，綜合采用以上措施，盡可能的降低閃電電涌電流。




2.3.3送出線路防閃電電涌侵入措施送出線路的防閃電電涌侵入措施，主要是在變壓器高壓側(cè)裝設(shè)氧化鋅避雷器，利用氧化鋅避雷器良好的非線性伏安特性的特點(diǎn)，將線路上電涌電流導(dǎo)入大地。




2.4雷擊電磁脈沖防護(hù)措施雷擊電磁脈沖的防護(hù)主要針對(duì)于機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備，分為屏蔽、等電位及綜合布線:應(yīng)在線路出、入戶處設(shè)置等電位連接端，機(jī)房中所有的進(jìn)出金屬管道或線路屏蔽層均應(yīng)在防雷區(qū)交界處做等電位連接。
同時(shí)，機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備機(jī)柜、金屬橋架、金屬管、屏蔽線纜金屬外層、設(shè)備安全保護(hù)接地、電涌保護(hù)器接地端等均應(yīng)以短的路徑與S型結(jié)構(gòu)的接地基準(zhǔn)點(diǎn)或M型結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格連接。機(jī)房等電位連接網(wǎng)絡(luò)與光伏方陣的接地體應(yīng)保持同一電位，以防止電位差產(chǎn)生的反擊。直流配電柜內(nèi)根據(jù)工作電壓要求，應(yīng)裝設(shè)適配的直流電涌保護(hù)器，逆變器每路直流的輸入端可根據(jù)實(shí)際情況選擇是否裝設(shè)電涌保護(hù)器，以達(dá)到降低雷電流產(chǎn)生的殘壓，使其小于設(shè)備耐受電壓的目的。升壓變壓器的低壓側(cè)應(yīng)安裝Ⅰ級(jí)試驗(yàn)(額定放電沖擊電流Iimp≥12．5kA)的電涌保護(hù)器，高壓側(cè)安裝氧化鋅避雷器。另外機(jī)房?jī)?nèi)布置信號(hào)線纜的走向時(shí)，應(yīng)盡量減小由線纜自身形成的感應(yīng)環(huán)路面積(圖1)。信號(hào)線路電涌保護(hù)器的選擇，應(yīng)根據(jù)線路的工作頻率、特性阻抗、傳輸介質(zhì)、工作電壓、接口形式等參數(shù)，選用電壓插入損耗小、分部電容小、并與縱向平衡、近端串?dāng)_指標(biāo)適配的電涌保護(hù)器，設(shè)置在防雷區(qū)界面處。
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