管窺地面并網(wǎng)光伏電站電氣設(shè)計(jì)重點(diǎn)
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1光伏電站的防雷接地設(shè)計(jì)
1.1光伏電站防雷
淺談地面并網(wǎng)光伏電站電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn)文/陳攻1彭閃閃2光伏電站的防雷是一個(gè)系統(tǒng)而且重要的工程，必須內(nèi)部、外部措施綜合考慮。工程的防雷設(shè)計(jì)應(yīng)本著遵循“整體防御、綜合治理、多重保護(hù)、層層設(shè)防”的方針，依據(jù)相關(guān)規(guī)程、規(guī)范，力求最大限度地避免由于雷擊造成重要設(shè)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(yīng)雷擊和雷電反擊三種，在工程設(shè)計(jì)中，針對(duì)不同的建筑物和雷擊形式，采用不同的防護(hù)措施如下：
1.1.1直擊雷防護(hù)
并網(wǎng)發(fā)電工程中，電池組件等光伏設(shè)備的布置區(qū)域廣泛、高度差別不大，如設(shè)置獨(dú)立避雷裝置，保護(hù)范圍有限，設(shè)置數(shù)量較多，會(huì)造成工程成本的增加，如果設(shè)置不當(dāng)還會(huì)出現(xiàn)遮擋太陽(yáng)光線、影響發(fā)電效率的情況。根據(jù)GB50057-2000《建筑物防雷設(shè)計(jì)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(gòu)件可靠連接接地的方式。所以對(duì)于光伏組件可采用把所有電池組件、方陣支架上的金屬構(gòu)件與站區(qū)內(nèi)的主接地網(wǎng)有效相連的方式，以達(dá)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(yù)先設(shè)計(jì)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(shè)置屋頂避雷帶即可。當(dāng)避雷裝置在接閃雷電時(shí)，引下線立即產(chǎn)生高電位，會(huì)對(duì)防雷系統(tǒng)周圍的尚處于地電位的導(dǎo)體產(chǎn)生旁側(cè)閃絡(luò)，并使其電位升高，進(jìn)而對(duì)人員和設(shè)備構(gòu)成危害。為了減少這種閃絡(luò)危險(xiǎn)，最簡(jiǎn)單的辦法是采用均壓環(huán)，將處于地電位的導(dǎo)體等電位連接起來(lái)，包括室內(nèi)的金屬設(shè)施、電氣裝置和電子設(shè)備。如果其與防雷系統(tǒng)的導(dǎo)體，特別是接閃裝置的距離達(dá)不到規(guī)定的安全要求時(shí)，則應(yīng)該用較粗的導(dǎo)線把它們與防雷系統(tǒng)進(jìn)行等電位連接。這樣在閃電電流通過(guò)時(shí)，所有設(shè)施立即形成一個(gè)“等電位島”，保證導(dǎo)電部件之間不產(chǎn)生有害的電位差，不發(fā)生旁側(cè)閃絡(luò)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(yīng)雷防護(hù)
感應(yīng)雷由靜電感應(yīng)產(chǎn)生，也可由電磁感應(yīng)產(chǎn)生，形成感應(yīng)雷電壓的機(jī)率很高，對(duì)建筑物內(nèi)的電子設(shè)備造成較大的威脅，光伏發(fā)電系統(tǒng)的防感應(yīng)雷工作重點(diǎn)是防止感應(yīng)雷由外界線路侵入室內(nèi)設(shè)備。入侵光伏系統(tǒng)的雷電過(guò)電壓過(guò)電流主要有以下兩個(gè)個(gè)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(shí)應(yīng)在光伏系統(tǒng)直流匯流箱、并網(wǎng)逆變器內(nèi)部的交，直流側(cè)設(shè)置防雷擊保護(hù)裝置對(duì)線路作直擊雷保護(hù)。在各箱變或開(kāi)關(guān)柜進(jìn)出線均設(shè)置無(wú)間隙金屬氧化鋅避雷器對(duì)感應(yīng)雷進(jìn)行防護(hù)。
1.1.3雷擊反擊防護(hù)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(hù)地均進(jìn)行等電位連接及金屬線管的屏蔽接地，消除各點(diǎn)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(shè)計(jì)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(fù)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(shí)際工程詳細(xì)設(shè)計(jì)，垂直接地極易采用ø25，L=2.5m鍍鋅鋼管，并與水平敷設(shè)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(shè)置必要的垂直接地極，以保證沖擊電位時(shí)散流，為防止可能的繞擊、側(cè)擊和球雷等情況，建筑物的梁、柱鋼筋應(yīng)焊接成一體，作為自然接地體與主地網(wǎng)相連接。根據(jù)國(guó)網(wǎng)公司反措，沿二次電纜的溝道、開(kāi)關(guān)廠的就地端子箱等處，使用截面不小于100mm²的裸銅排（纜）敷設(shè)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(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)電站接地裝置事故統(tǒng)計(jì)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(duì)于不同的工程應(yīng)對(duì)這些防腐蝕措施進(jìn)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?zé)峤r(shí)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(jì)算，如無(wú)當(dāng)?shù)赝寥栏g率時(shí)，按已有工程經(jīng)驗(yàn)考慮每年平均腐蝕0.1mm，截面還應(yīng)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(diǎn)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(lái)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(hù)法。電站中采用埋入電位更負(fù)的活潑金屬與被保護(hù)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(hù)電流方式的不同，陰極保護(hù)法又可分為犧牲陽(yáng)極和外加電流兩種。國(guó)內(nèi)有的單位又將犧牲陽(yáng)極法加以改進(jìn)，鋼體上涂上導(dǎo)電涂料，雖然具體實(shí)施上略有差異，但基本原理是相同的。以上兩種陰極保護(hù)法的造價(jià)基本相同。
（4）接地裝置的敷設(shè)。主接地網(wǎng)應(yīng)敷設(shè)于凍土層以下。當(dāng)無(wú)法深埋時(shí)可敷設(shè)凍土層中，由于凍土?xí)r與非凍土?xí)r土壤電阻率相差很大，需保證凍土與非凍土?xí)r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?xí)r分別測(cè)量接地電阻值，如實(shí)測(cè)達(dá)不到要求，可敷設(shè)深鉆式接地極或者使用化學(xué)降阻劑等方法，直到達(dá)到要求為止。
2光伏電站電纜敷設(shè)設(shè)計(jì)
由于大中型光伏電站占地較大，光伏電站內(nèi)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(gè)單元發(fā)電模塊故障時(shí)對(duì)整個(gè)光伏電站發(fā)電量影響較小，但電纜數(shù)量以及開(kāi)關(guān)柜數(shù)量都將大大增加，故光伏電站內(nèi)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(kāi)關(guān)柜數(shù)量。其集電線路數(shù)量可跟據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(shè)方式。例如筆者設(shè)計(jì)的某30MW地面光伏并網(wǎng)電站，場(chǎng)地起伏有一定起伏，雖然可以采用全程電纜敷設(shè)的方式但存在施工難度大，費(fèi)用高的問(wèn)題，僅35kV電纜就需要12.5公里，筆者對(duì)光伏電站地形的詳細(xì)的勘測(cè)分析后，確定了架空線路加直埋的方式，通過(guò)對(duì)地形的詳細(xì)分析，科學(xué)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(shè)備一項(xiàng)就節(jié)省200多萬(wàn)。所以集電線路的設(shè)計(jì)要結(jié)合光伏陣列所在具體位置，地質(zhì)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(shè)，直埋電纜宜敷設(shè)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(chǎng)工程量則會(huì)很大且現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)往往不采用回填土。此時(shí)應(yīng)采用耐寒電纜，電纜長(zhǎng)度留出裕量，為了防止電纜損傷由凍土層敷設(shè)至非凍土層時(shí)加穿一段電纜保護(hù)管。通過(guò)這樣的措施既能節(jié)省大量投資，又能保證電纜的安全運(yùn)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(jié)合的敷設(shè)方式，電纜橋架順地勢(shì)而敷設(shè)，考慮到散水及雜草的影響，高度不低于40公分。電纜橋架應(yīng)采用鍍鋅橋架或玻璃鋼橋架。
3結(jié)束語(yǔ)
本文淺談了地面并網(wǎng)光伏電站電氣設(shè)計(jì)中一些需要關(guān)注的要點(diǎn)，并通過(guò)這幾年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的總終結(jié)中提出一些相對(duì)合理的設(shè)計(jì)方案。為廣大設(shè)計(jì)同仁提出了一點(diǎn)參考和建議.
作者：陳攻 彭閃閃 單位：大唐山東太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)有限公司 河北能源工程設(shè)計(jì)有限公司