淺談巴州地區并網光伏發電項目防雷設計

王媛媛 郭彬

(1.巴州氣象局防雷減災辦公室,新疆庫爾勒 841000;2.新疆和碩縣氣象局,新疆和碩 841200)

淺談巴州地區并網光伏發電項目防雷設計

王媛媛1郭彬2

(1.巴州氣象局防雷減災辦公室,新疆庫爾勒 841000;2.新疆和碩縣氣象局,新疆和碩 841200)

光伏發電項目作為新疆巴州地區的一項新興產業,其孤立性質使其遭受雷擊概率大大增加,如何做好光伏發電項目的防雷對其正常運轉及避免不必要的經濟損失至關重要。本文淺談了并網光伏發電項目的防雷綜合設計,根據巴州地區獨特的地質條件提出防雷裝置的施工要點。

光伏發電 防雷 接地裝置

新疆巴州地區太陽能資源豐富，太陽能作為一種安全、清潔的能源，其優勢日益凸顯。據不完全統計，2013年以來新疆巴州地區共投資建設光伏發電項目18個，單機容量最大為30MW，部分項目僅為一期工程，今后光伏發電項目在巴州地區仍有很大發展空間。由于光伏發電項目多處于空曠地帶，對流性天氣時有發生，因地制宜地做好防雷保護對項目正常運轉極其重要。目前，國內沒有出臺明確的大型光伏發電項目防雷設計標準，太陽能光伏并網發電系統的防雷與一般建筑物的防雷既有區別又有聯系，因此要結合其特點來合理設計可靠的防雷方案。

1 光伏發電項目獨特性

典型的太陽能光伏發電系統主要由太陽能電池板、控制器、蓄電池組、逆變器組成[1]。巴州地區出現的光伏發電項目中設備機房及光伏陣列單元高度均不超過8米，如果按照《建筑物防雷設計規范》(GB50057-2010)對光伏發電項目進行防雷設計，依照規范可以不考慮防直擊雷措施。如果按照電力系統的相關規范進行設計，很難得出一個經濟合理的結論。

新疆巴州地區山地面積22.5萬平方公里，占全州總面積的47.7%；平原總面積24.65萬平方公里，占52.3%；其中戈壁沙漠14.3萬平方公里，占30.3%。據實地勘測，巴州地區光伏發電項目多位于戈壁荒地，地表植被稀疏。

2 光伏發電項目的雷電防護措施

巴州地區光伏發電項目完整的雷電防護方案包括直擊雷防護、雷電波侵入防護以及可靠的接地系統。

2.1 直擊雷防護

光伏廠區的主控室、綜合室、SVG室多為不超過兩層的建(構)筑物，由于光伏發電項目均處于空曠地帶，孤立建筑物遭受雷擊概率增大，即使以上建筑物達不到三類防雷要求，也建議設計接閃帶或接閃網格進行直擊雷防護。

目前在巴州地區出現的光伏發電項目均有35KV升壓站，在35KV升壓站處設置獨立接閃桿，具體的高度以實際情況為準，通過滾球法確定接閃器的保護范圍[2]。變壓器若已在接閃桿的保護范圍內，可不另設防直擊雷防護措施。

注意保持光伏支架和獨立接閃桿之間的相隔距離，考慮到接閃桿高度有可能造成光伏組件的陰影面，則接閃桿安裝宜靠邊安裝。

2.2 雷電波侵入防護

在每個光伏陣列匯流箱中安裝SPD。當某一串列遭受雷擊侵害時，可降低其他串列的過電壓，進而降低雷電波對后續設備的影響[3]。直流配電設備及逆變設備大多設在室內或者就地安裝的金屬柜中，將大幅降低雷電直擊設備的危險，需重點防護雷電過電壓，因此還需在直流配電后、逆變設備前裝SPD。在升壓設備前及室外進入線路在進出建筑處均需裝設適配的浪涌保護器。

2.3 接地系統

無論是對直擊雷的防護，還是對雷電過電壓和雷電電泳的防護，總是要把雷電流傳導入地，沒有良好的接地裝置，各種防雷措施就不能發揮令人滿意的保護作用，接地裝置的性能將直接決定著防雷保護措施的實際效果[4]。

2.3.1 光伏陣列區及獨立接閃桿的接地

(1)地面電站的接地系統采用綜合接地，采用人工接地極，每隔一定距離用2.5m長的5號角鋼作為垂直接地體，每個人工接地極間距不小于5米角鋼之間采用50*5的熱鍍鋅扁鋼作為水平接地體，要求接地電阻均小于4歐姆，施工時實測，如不滿足要求，則繼續增打人工接地極至滿足要求為止。(2)為保證人身安全，所有電氣設備(組件、箱柜、逆變器等)外殼都應接至專設的接地干線。組件接地孔用BVR線與鋼支架橫梁進行可靠連接(連接處需做防腐處理)，不同陣列間鋼支架采用50*5的熱鍍鋅扁鋼可靠連接，且接至整個接地系統。在光伏陣列外圍防護欄桿顯著位置上懸掛帶電警告標示牌。(3)接閃桿宜設置獨立的接地裝置，其接地電阻不大于10歐姆。施工結束后，應實測接閃桿接地電阻，若大于規程規定的10歐姆，則應與主網兩點可靠連接且接閃桿與主接地網的地下連接點至變壓器或35KV及以下設備與主接地網的地下連接點之間，沿接地體的長度不得小于15米。

2.3.2 主控室、綜合室等接地系統

(1)工程防雷接地、電氣設備的保護接地共用統一接地極，要求接地電阻不大于4歐姆，實測不滿足要求時，應增設人工接地極。接地體為圍繞建筑物敷設成環形接地體，接地體離建筑物距離不小于1.5米，應躲過土建散水坡。水平接地體埋深1米，埋在凍土層以下。當接地體通過基礎或電纜溝時，不應被截斷，應從基礎或電纜溝的底部穿過，當主接地體與電纜溝相交時，其電纜溝中的接地體要與主接地體連接。(2)所有接地材料要求熱鍍鋅處理，現場焊口也應做防腐處理(涂防腐涂料)。室內接地扁鋼距室內地面250mm在抹面以內沿墻敷設。所有明敷的接地線均應刷15-100mm寬度相等的黃綠相間的條紋。(3)凡正常不帶電，而當絕緣破壞有可能呈現電壓的一切電氣設備外殼應可靠接地。采用總等電位聯結，將建筑物各種金屬管道、金屬構件進行聯結，進出總等電位聯結均采用各種型號等電位卡子，不應在金屬管上焊接。(4)屋內的接地干線通過墻壁或樓板時，應以鋼管保護，接地線應采取防止發生機械損傷和化學腐蝕的措施。

2.4 巴州地區接地的特殊要求

(1)巴州地區地域面積跨度大，土質結構也相差很大，如南部尉犁縣域內土壤含鹽堿量高，砂石較少，土質多為中亞硫酸鹽漬土，對鋼筋具有中等腐蝕性，對鋼結構具有弱腐蝕性，施工過程中應注意接地體的防腐。北部和靜縣域內土壤所含粗砂及卵石較多，土壤電阻率實測值較大，通常達到500Ω·m甚至上千。光伏發電項目需有側重性地做好接地裝置。(2)接地裝置的施工應與土建施工、下水道施工、水管道施工、電纜溝道及電纜設施施工等密切配合，并在施工過程中跟蹤檢測驗收接地系統。

3 結語

光伏發電項目系統復雜，且地處環境空曠。目前，部分企業存在防雷意識薄弱的現象，為了盡快并網發電，不斷趕工期，光伏陣列區的接地裝置草草埋設，其深度和焊接防腐等均達不到規范要求，存在一定的雷擊風險。在項目竣工驗收及定期檢測時，需著重對隱蔽工程及室外構筑物的防雷設施進行檢查，只有這樣才能最大限度地發揮防雷設施的作用，提高防雷裝置的安全性和可靠性。

[1]趙爭鳴,劉建政,孫小英等.太陽能光伏發電及其應用[J].科學出版社,2005.

[2]林維勇,等.GB50057-2010建筑物防雷設計規范[J].中國計劃出版社,2010.

[3]譚進,曾祥學,等.光伏系統雷電防護措施研究[J].水電能源科學,2012.

[4]肖穩安,張小青.雷電與防護技術基礎[J].氣象出版社,2006.