光伏電站防雷接地注意事項

時間：2023-04-12

雷電防護對整個光伏電站來說，是一個不可或缺的組成部分，它關系到電站能否平安正常的運行和電站人員的安全。作為未來新能源的主要選擇，國內(nèi)尚無一個詳細的設計規(guī)范來明確如何進行光伏電站的防雷設計，因此本文主要針對光伏電站的防雷方法結合工作經(jīng)驗及相關規(guī)范，進行總結和歸納，陳述個人觀點。

1 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的組成及主要需防護雷擊設施光伏發(fā)電系統(tǒng)主要分為3大類:獨立，分布式和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。本文主要針對并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)進行相關探討。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能轉(zhuǎn)化為直流電能，通過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)浇涣髋潆姽瘢⒔?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、送出線路及計量、控制、通訊等設備組成。本文中暫不考慮蓄電池組、蓄電池控制器及太陽跟蹤控制系統(tǒng)。

雷電對并網(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備機房的雷擊電磁脈沖。直擊雷:當雷擊于地面光伏方陣、設備機房或送出線路上，經(jīng)過其對地放電產(chǎn)生的電擊時，由于雷電流的高溫熱效應，在雷電流流過的通道上，物體水分受熱汽化而劇烈膨脹，產(chǎn)生強大的沖擊性機械力，可使人體組織、建筑物結構、設備部件等斷裂破碎，從而導致人員傷亡、建筑物破壞，以及設備毀壞等。

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，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，由于雷電流變化梯度大而產(chǎn)生強大的交變磁場，使得雷擊點附近的金屬導體產(chǎn)生感應電流，感應電流沿著金屬管線侵入設備機房內(nèi)，損壞設備或者危及人身安全。設備機房的雷擊電磁脈沖:雷擊建筑物或附近時，雷電流進入建筑物的防直擊雷系統(tǒng)時所產(chǎn)生的迅變電磁場，它會對周圍的一切電子設備發(fā)生作用。這種磁場變化引起的電場變化可能導致機房內(nèi)部通訊、監(jiān)控等系統(tǒng)的電子、電氣設備失效。綜上所述，并網(wǎng)光伏電站需采取雷電防護措施的組成部件有:地面光伏方陣、直流輸電線路、金屬管線、送出線路、建筑物機房及設備機柜(含直流配電柜、并網(wǎng)逆變器、交流配電柜，升壓變壓器及計量、控制、通訊設備等)。

2.1防雷類別確定光伏電站的光伏方陣屬于露天場所，一般分布于空曠開闊的場地，而且分部面積較大，遭受直擊雷擊的概率自然會相對應的增加。防雷類別參考《建筑物防雷設計規(guī)范》對糧、棉及易燃物大量集中的露天堆場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備損害，其損失也是巨大的。光伏方陣雖存在較低火災危險，但從減少經(jīng)濟損失的角度出發(fā)，對光伏方陣進行防雷設計是非常必要的。綜合各方面因素，建議按三類防雷建筑物考慮。

2.2直擊雷防護直擊雷防護主要分為3個部分，設備機房，地面光伏方陣及送出線路。2.2.1設備機房直擊雷防護措施設備機房直擊雷防護應按照三類防雷建筑物來考慮設計，采用φ12mm鍍鋅圓鋼作為接閃器，敷設在屋角、屋檐和檐角等易受雷擊部位，并在整個屋面組成不大于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，下端與基礎接地網(wǎng)連接。2.2.2地面光伏方陣直擊雷防護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，場站內(nèi)應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，在土壤中的埋設深度不應小于0.5m，采用40mm×4mm扁鋼作為水平接地較，挖溝埋設，垂直接地體的間距應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，其金屬框架接地點應大于2點，且每個接地點間隔距離不大于25m。光伏方陣的防雷接地應與其保護接地、系統(tǒng)接地以及設備機房的接地系統(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措施送出線路應通過裝設避雷線來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出、入戶金屬管線的防護，包括直流輸入電纜、金屬管道、匯流箱、送出線路的防護。

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直流輸電線纜進入機房，直流輸電纜應采用屏蔽電纜，其屏蔽層應至設。金屬管道至少在始、末端、分支處、進入防雷區(qū)交界處做等電位連接，從而避免雷電流或電涌電流通過直流輸電線進入機房，使設備機柜遭受損害。

2.3.2匯流箱防閃電電涌侵入措施應在匯流箱內(nèi)裝設直流電涌保護器，即分別在匯流箱輸出端在正極對地、負極對地、正極對負極之間安裝，直流電涌保護器的主要技術參數(shù)應滿足:額定沖擊電流Iimp≥12．5kA(10/350μs)。當場站內(nèi)的光伏方陣或附近地面遭受雷擊時，輸電線路中形成的雷電流或電涌電流會通過匯流箱中的電涌保護器進行泄流。另外根據(jù)實際直流輸電線路數(shù)量，若需要進一步減小電涌電流，可在多級匯流箱中增設能量相匹配的電涌保護器以達到目的。值得注意的是安裝在匯流箱處的直流電源電涌保護器應滿足光伏系統(tǒng)的應用特性要求，持續(xù)工作電壓應大于或等于光伏組件的開路電壓，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，將線路上電涌電流導入大地。

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