淺析光伏發電站電纜設計中的一些問題

特變電工新疆新能源股份有限公司 ■ 田玉成

0 引言

常規的20 MW地面光伏發電站，8萬塊太陽能組件地面陣列占地面積達700畝。單個太陽能組件的峰值功率、工作電流、工作電壓較小，需進行串聯提升系統電壓，再進行光伏匯流箱和直流匯流柜的兩級并聯匯流，總電纜使用量達到400 km。可見光伏發電站中的電纜設計及施工對其安全穩定、高效和經濟性有不可忽視的重要性。

1 光伏電站電纜設計中的一些問題

1.1 光伏組件電纜設計

光伏發電站中太陽能組件是利用“光伏效應”將光能轉換為電能的元器件，因此，每塊太陽能組件若要充分接收太陽輻射，需根據建設地點的不同緯度和地理情況進行排布。將排布在約700畝地、單個峰值功率為250 Wp的太陽能組件20塊為1回路通過電纜進行串聯，8～16回路的一級并聯和6～10回路的二級并聯后，接入光伏并網逆變器將電能輸送至電網。

太陽能組件至光伏匯流箱間的電纜采用沿太陽能組件支架敷設和穿管埋地敷設。電纜敷設環境出現紫外線強、太陽能組件背面溫度高、冬季溫度極低、雨淋冰凍、風沙大、金屬棱角多等惡劣情況，因此必須選用耐候性非常好的電纜。由于目前國內暫無光伏電纜的國家標準或行業標準，國內光伏發電站太陽能組件匯流電纜主要選用滿足TüV的2pfg1169/08.2007PV《電纜技術規范》和UL4703-2005《光伏電纜綱要》的電纜，方可實現光伏發電站25年安全運行。

太陽能組件一級匯流電纜敷設是以光伏匯流箱為中心的放射式敷設，光伏匯流箱的安裝位置將影響每20塊太陽能組件至光伏匯流箱間電纜的長度和路徑。因此，以光伏匯流箱為中心，至接入本匯流箱的太陽能組件距離為半徑，將所接入本光伏匯流箱的太陽能組件全部包括在此圓的接線方式為最少電纜量方案。由于光伏發電站施工標準還未精細、無標準圖集等原因，需在設計在施工圖中詳細表述沿支架敷設的路徑、布置、固定、穿管等要求。

1.2 光伏匯流箱電纜設計

將一個發電單元光伏陣列內的光伏匯流箱接入直流匯流柜完成二級匯流。光伏匯流箱分布位置不同而二級匯流電纜的長度不同，靠近直流匯流柜的距離約為30 m，離直流匯流柜最遠距離將近200 m，可想而知，電能在集電線路上的損耗差距甚大。因為每個光伏匯流箱送出的電壓相近，通過集電線路送至直流匯流柜時各路之間出現電壓差，在匯流排并聯后形成回路間環流，對設備壽命造成影響并降低系統發電量。因此，在選擇集電電纜截面時應充分考慮其距離不同產生壓降不同的問題，遠距離選擇大截面電纜，近距離選擇小截面電纜，使得光伏匯流箱至直流匯流柜集電線路上的電壓降相近。直流集電電纜主要采用直埋敷設方式，在計算載流量及選擇絕緣護套時考慮環境溫度、土壤熱阻率、水分遷移、地下水位、凍土深度、土壤腐蝕性、電纜排布等因素。

1.3 逆變器電纜設計

1臺500 kW逆變器至升壓箱變低壓側的電流將近1000 A，設計一般會采用2根3 mm×240 mm或3根3 mm×185 mm電纜并聯使用。1 MW有2臺逆變器、1臺交流配電柜(800 mm×600 mm×2200 mm)，多根大截面電纜在狹小空間內安裝比較困難，安裝中可能出現電纜終端與銅排接觸不緊密、電纜密集造成溫升過高、電纜終端頭數量多導致安全可靠性降低的問題。

并網逆變器和升壓箱變為不同廠家的定型設備，均采用下進線電纜接線方式，采用銅排連接可能導致設備產生問題。針對上述情況，并網逆變器至升壓變壓器的導體可采用環氧樹脂澆注封閉式母線；或是設計人員在設備訂貨時，協調設備廠家將其連接方式改為銅排連接，提高施工的便捷性，使運行安全可靠。

圖1 交流配電柜電纜接線圖片

2 結語

一個具有豐富的光伏電站設計經驗、設計業務能力強，并且深入了解光伏發電工程情況的設計人，在光伏電站電纜設計方面可提供給業主非常優秀的設計方案。科學合理的設計方案可大幅減少電纜使用量，降低工程購買電纜和電纜施工費用，同時降低光伏發電系統中電能在電纜上的損耗，提高系統發電量。在光伏發電站25年的運行期內，不應因設計不合理而出現電纜線路損耗過大、故障頻發、提前老化造成運行維護成本高、發電量低等問題。光伏發電系統為一個新型電源，深入研究其電纜設計方面的問題有重要意義。

[1] 范載云.新能源工程及裝備用電纜——奔向高端制造[A].中國電工技術學會電線電纜專業委員會2010學術年會[C].成都, 2010.

[2] 王昆, 張勇, 郭儉旭. 光伏電纜的研制與產業化[A]. 中國電工技術學會電線電纜專業委員會2010學術年會[C].成都, 2010.

[3] GB500217, 電力工程電纜設計規范[S].

[4] GB50797-2012, 光伏發電站設計規范[S].