地面光伏發電站電氣系統設計主要環節探討

劉婧

摘 要：本文主要根據工程設計經驗及相關規范，從從電氣主接線設計、防雷接地，電纜敷設等對光電站設計施工運行影響比較大幾個方面對光伏電站的電氣系統設計進行了探討。

關鍵詞：光伏；電站；電氣；系統；設計

近年來，國內地面并網光伏電站發展十分迅速，為了保證光伏電站安全可靠運行，光伏電站中電氣系統的設計就顯得尤為重要，本文根據工程設計經驗及相關規范，從電氣主接線設計、防雷接地，電纜敷設等對光電站設計施工運行影響比較大幾個方面對光伏電站的電氣系統設計進行了探討。

一、光伏電站電氣主接線設計

電氣主接線設計應根據電站的裝機規模、電池陣列布置、接入系統方式、場站布置及設備特點等因素綜合考慮，使其能應滿足供電可靠、運行靈活、接線簡明、便于操作檢修和節約投資的原則。當光伏電站以35kV或更高等級升壓時，此時電站內部接線存在1級或2級升壓情況，應重點對所可能實施的主接線形式從技術，經濟兩方面進行比較后確定。

光伏電站光站用電系統電壓采用0.38kV等級，站用電系統采用動力與照明網絡共用的中性點直接接地系統。當經濟技術合理時，站用電工作電源從外網引接，備用電源由光伏電站發電母線引接，兩路電源之間設置備用電源自動投入裝置。當光伏電站規模較小時，電站占地面積也較小，逆變器區域負荷用電建議自站用電低壓配電裝置引接；而光伏電站規模較大，占地較大，考慮電纜壓降較大選取電纜截面較大，逆變器區域負荷用電建議由箱變低壓側引接，相鄰箱變可互為備用。

二、光伏電站的防雷接地設計

（一）光伏電站防雷

光伏電站的防雷是一個系統而且重要的工程，必須內部、外部措施綜合考慮。工程的防雷設計應本著遵循“整體防御、綜合治理、多重保護、層層設防”的方針，依據相關規程、規范，力求最大限度地避免由于雷擊造成重要設備損害。

雷擊造成的危害有很多形式，主要包括直擊雷擊、感應雷擊和雷電反擊三種，在工程設計中，針對不同的建筑物和雷擊形式，采用不同的防護措施如下：

1.直擊雷防護

并網發電工程中，電池組件等光伏設備的布置區域廣泛、高度差別不大，如設置獨立避雷裝置，保護范圍有限，設置數量較多，會造成工程成本的增加，如果設置不當還會出現遮擋太陽光線、影響發電效率的情況。根據《建筑物防雷設計規范》的規定，光伏陣列屬于三類防雷建筑物，可采用將金屬構件可靠連接接地的方式。所以對于光伏組件可采用把所有電池組件、方陣支架上的金屬構件與站區內的主接地網有效相連的方式，以達到防雷的目的。一旦出現直擊雷擊中電池組件的金屬框架，已預先設計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置屋頂避雷帶即可。

2.感應雷防護

感應雷由靜電感應產生，也可由電磁感應產生，形成感應雷電壓的機率很高，對建筑物內的電子設備造成較大的威脅，光伏發電系統的防感應雷工作重點是防止感應雷由外界線路侵入室內設備。入侵光伏系統的雷電過電壓過電流主要有以下兩個個途徑：1.由交流并網供電線路入侵。2.由光伏系統的組件方陣直流線路入侵。此時應在光伏系統直流匯流箱、并網逆變器內部的交，直流側設置防雷擊保護裝置對線路作直擊雷保護。在各箱變或開關柜進出線均設置無間隙金屬氧化鋅避雷器對感應雷進行防護。

（二）光伏系統的接地

1.接地網的通常設計

光伏電站接地網采用以水平接地網為主，垂直接地極為輔主，邊緣閉合的方孔復合式接地網，水平接地極擬采用熱鍍鋅扁鋼，具體規格根據實際工程詳細設計，垂直接地極易采用？25，L=2.5m鍍鋅鋼管，并與水平敷設的扁鋼焊接連貫通，連接成網。建筑物屋頂避雷帶引下與主地網連接處，設置必要的垂直接地極，以保證沖擊電位時散流，為防止可能的繞擊、側擊和球雷等情況，建筑物的梁、柱鋼筋應焊接成一體，作為自然接地體與主地網相連接。

2.接地網防腐設計

通過對電站接地裝置事故統計表明，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，對于不同的工程應對這些防腐蝕措施進行比較分析，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變電站接地裝置采用的防腐措施，它主要利用高溫熱浸時所形成的鋅合金層本身的防腐特征。按照滿足熱穩定要求的扁鋼最小截面計算，如無當地土壤腐蝕率時，按已有工程經驗考慮每年平均腐蝕0.1mm，截面還應增加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定性。據資料介紹，銅腐蝕不存在點蝕，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）。從防腐上來講銅接地網的防腐性能明顯優于熱鍍鋅扁鋼，但從工程投資方面上考慮，采用銅接地網的投資成倍地高于熱鍍鋅扁鋼地網投資。

（3）陰極保護法。電站中采用埋入電位更負的活潑金屬與被保護金屬偶接，從而具有減緩或阻止腐蝕的作用。根據提供保護電流方式的不同，陰極保護法又可分為犧牲陽極和外加電流兩種。

三、光伏電站電纜敷設設計

平地光伏電站光伏陣列區域電纜宜采用直埋敷設，直埋電纜宜敷設至凍土之下，由于地面光伏電站大都在西北部，凍土很深，如果直埋則現場工程量則會很大且現場施工時往往不采用回填土。此時應采用耐寒電纜，電纜長度留出裕量，為了防止電纜損傷由凍土層敷設至非凍土層時加穿一段電纜保護管。通過這樣的措施既能節省大量投資，又能保證電纜的安全運行。山地光伏電站光伏陣列區域電纜宜采用電纜橋架加直埋相結合的敷設方式，電纜橋架順地勢而敷設，高度不低于40公分，電纜橋架應采用鍍鋅橋架或玻璃鋼橋架。

四、結束語

本文淺談了地面并網光伏電站電氣設計中一些需要關注的要點，并通過這幾年的設計經驗的總終結中提出一些相對合理的設計方案。為廣大設計同仁提出了一點參考和建議。

參考文獻：

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