管窥地面并网光伏电站电气设计重点

1光伏电站的防雷接地设计

1.1光伏电站防雷

浅谈地面并网光伏电站电气设计要点文/陈攻1彭闪闪2光伏电站的防雷是一个系统而且重要的工程，必须内部、外部措施综合考虑。工程的防雷设计应本着遵循“整体防御、综合治理、多重保护、层层设防”的方针，依据相关规程、规范，力求最大限度地避免由于雷击造成重要设备损害。雷击造成的危害有很多形式，主要包括直击雷击、感应雷击和雷电反击三种，在工程设计中，针对不同的建筑物和雷击形式，采用不同的防护措施如下：

1.1.1直击雷防护

并网发电工程中，电池组件等光伏设备的布置区域广泛、高度差别不大，如设置独立避雷装置，保护范围有限，设置数量较多，会造成工程成本的增加，如果设置不当还会出现遮挡太阳光线、影响发电效率的情况。根据GB50057-2000《建筑物防雷设计规范》的规定，光伏阵列属于三类防雷建筑物，可采用将金属构件可靠连接接地的方式。所以对于光伏组件可采用把所有电池组件、方阵支架上的金属构件与站区内的主接地网有效相连的方式，以达到防雷的目的。一旦出现直击雷击中电池组件的金属框架，已预先设计好的接地通路就可将雷电流顺利引入大地分散消除。而光伏电站建筑物则只需设置屋顶避雷带即可。当避雷装置在接闪雷电时，引下线立即产生高电位，会对防雷系统周围的尚处于地电位的导体产生旁侧闪络，并使其电位升高，进而对人员和设备构成危害。为了减少这种闪络危险，最简单的办法是采用均压环，将处于地电位的导体等电位连接起来，包括室内的金属设施、电气装置和电子设备。如果其与防雷系统的导体，特别是接闪装置的距离达不到规定的安全要求时，则应该用较粗的导线把它们与防雷系统进行等电位连接。这样在闪电电流通过时，所有设施立即形成一个“等电位岛”，保证导电部件之间不产生有害的电位差，不发生旁侧闪络放电。完善的等电位连接还可以防止闪电电流入地造成的地电位升高所产生的反击。

1.1.2感应雷防护

感应雷由静电感应产生，也可由电磁感应产生，形成感应雷电压的机率很高，对建筑物内的电子设备造成较大的威胁，光伏发电系统的防感应雷工作重点是防止感应雷由外界线路侵入室内设备。入侵光伏系统的雷电过电压过电流主要有以下两个个途径：

①.由交流并网供电线路入侵。

②.由光伏系统的组件方阵直流线路入侵。此时应在光伏系统直流汇流箱、并网逆变器内部的交，直流侧设置防雷击保护装置对线路作直击雷保护。在各箱变或开关柜进出线均设置无间隙金属氧化锌避雷器对感应雷进行防护。

1.1.3雷击反击防护做等电位处理

等电位处理也可称共地处理，即工作地、防雷地、保护地均进行等电位连接及金属线管的屏蔽接地，消除各点之间的电位差。

1.2光伏系统的接地

1.2.1接地网的通常设计光伏电站接地网采用以水平接地网为主

垂直接地极为辅主，边缘闭合的方孔复合式接地网，水平接地极拟采用热镀锌扁钢，具体规格根据实际工程详细设计，垂直接地极易采用ø25，L=2.5m镀锌钢管，并与水平敷设的扁钢焊接连贯通，连接成网。建筑物屋顶避雷带引下与主地网连接处，设置必要的垂直接地极，以保证冲击电位时散流，为防止可能的绕击、侧击和球雷等情况，建筑物的梁、柱钢筋应焊接成一体，作为自然接地体与主地网相连接。根据国网公司反措，沿二次电缆的沟道、开关厂的就地端子箱等处，使用截面不小于100mm²的裸铜排（缆）敷设与主接地网紧密连接的等电位接地网。

1.2.2接地网防腐设计通过对电站接地装置事故统计表明

接地装置腐蚀是造成接地装置事故的主要原因之一。电站接地装置一般都采取防腐措施，但方法并不一致，对于不同的工程应对这些防腐蚀措施进行比较分析，从而推荐出最佳防腐措施。

（1）接地装置采用热镀锌材料

采用热镀锌扁钢是多数变电站接地装置采用的防腐措施，它主要利用高温热浸时所形成的锌合金层本身的防腐特征。按照满足热稳定要求的扁钢最小截面计算，如无当地土壤腐蚀率时，按已有工程经验考虑每年平均腐蚀0.1mm，截面还应增加50%。

（2）接地装置采用铜材

主要是考虑到变电站接地装置的重要性和铜的耐腐蚀性和稳定性。据资料介绍，铜腐蚀不存在点蚀，属表面均匀腐蚀，铜在土壤中的腐蚀速度大约是钢材的（1／5）～（1／10）。从防腐上来讲铜接地网的防腐性能明显优于热镀锌扁钢，但从工程投资方面上考虑，采用铜接地网的投资成倍地高于热镀锌扁钢地网投资。

（3）阴极保护法。电站中采用埋入电位更负的活泼金属与被保护金属偶接，从而具有减缓或阻止腐蚀的作用。根据提供保护电流方式的不同，阴极保护法又可分为牺牲阳极和外加电流两种。国内有的单位又将牺牲阳极法加以改进，钢体上涂上导电涂料，虽然具体实施上略有差异，但基本原理是相同的。以上两种阴极保护法的造价基本相同。

（4）接地装置的敷设。主接地网应敷设于冻土层以下。当无法深埋时可敷设冻土层中，由于冻土时与非冻土时土壤电阻率相差很大，需保证冻土与非冻土时均能保证接地电阻。接地网施工完成后，必须在冻土与非冻土时分别测量接地电阻值，如实测达不到要求，可敷设深钻式接地极或者使用化学降阻剂等方法，直到达到要求为止。

2光伏电站电缆敷设设计

由于大中型光伏电站占地较大，光伏电站内各单元发电模块与光伏发电母线若采用辐射式连接，虽然单个单元发电模块故障时对整个光伏电站发电量影响较小，但电缆数量以及开关柜数量都将大大增加，故光伏电站内各单元发电模块与光伏发电母线若采用”T”式连接方式。可大大节省电缆数量以及开关柜数量。其集电线路数量可跟据技术经济比较后确定。而在有些山地或丘陵光伏电站需采取综合的敷设方式。例如笔者设计的某30MW地面光伏并网电站，场地起伏有一定起伏，虽然可以采用全程电缆敷设的方式但存在施工难度大，费用高的问题，仅35kV电缆就需要12.5公里，笔者对光伏电站地形的详细的勘测分析后，确定了架空线路加直埋的方式，通过对地形的详细分析，科学的规划集电线路的路径，做到架空线路不遮挡阵列，又力求架空线路路径最短，最终35kV电缆仅需1.6公里，架空线路5公里，仅这设备一项就节省200多万。所以集电线路的设计要结合光伏阵列所在具体位置，地质情况，电气主接线，投资等综合方面去考虑。平地光伏电站光伏阵列区域电缆宜采用直埋敷设，直埋电缆宜敷设至冻土之下，由于地面光伏电站大都在西北部，冻土很深，如果直埋则现场工程量则会很大且现场施工时往往不采用回填土。此时应采用耐寒电缆，电缆长度留出裕量，为了防止电缆损伤由冻土层敷设至非冻土层时加穿一段电缆保护管。通过这样的措施既能节省大量投资，又能保证电缆的安全运行。山地光伏电站光伏阵列区域电缆宜采用电缆桥架加直埋相结合的敷设方式，电缆桥架顺地势而敷设，考虑到散水及杂草的影响，高度不低于40公分。电缆桥架应采用镀锌桥架或玻璃钢桥架。

3结束语

本文浅谈了地面并网光伏电站电气设计中一些需要关注的要点，并通过这几年的设计经验的总终结中提出一些相对合理的设计方案。为广大设计同仁提出了一点参考和建议.

作者：陈攻 彭闪闪 单位：大唐山东太阳能开发有限公司 河北能源工程设计有限公司