淺談地面并網光伏電站電氣設計要點

孫成兵

摘要：在建設和部署地面并網光伏電站的過程，需要合理運用當地的自然資源以及人力資源，并進一步提升清潔能源的可持續發展水平。在對地面并網光伏電站進行電氣設計之前，需要對多晶硅組件、匯流箱、直流柜、逆變器以及升壓裝等關鍵零部件的具體配置數量和空間分布規則進行全方位模擬和分析。本文將主要分析與探討地面并網光伏電站的電氣設計要點。

關鍵詞：地面并網;光伏電站;電氣設計

引言：

在建設實施地面并網光伏電站等相關設備過程，需要合理配置用電線路和建筑物的防雷防腐資源，并對監控裝置和輸配電設施的具體運用策略進行全面約束。地面并網光伏電站普遍采用35kV變電站的建設方案，并需要合理設計建成之后的每年發電量和年衰減率等關鍵數據指標，并合理推算總發電量的合理范圍，還需要對光伏組件的具體排布規則進行優化設計。

1 光伏電站的電氣主接線設計

在建設和實施地面并網的光伏電站設施過程中，需要根據變電站的裝機規模以及電池排布形式等相關因素，綜合考慮成本和發電效率等主要產出結果，才能夠選擇最佳的電氣主接線設計方案。對于35kV及以上的光伏電站而言，電氣主接線設計方案需要以安全高效為主要建設目標，并需要對光伏動力和照明網絡中可能出現的技術風險因素進行綜合預判和分析。在對地面并網光伏電站進行電氣主接線設計過程中，需要重點配置外網接入的引線等各類零部件資源，并對光伏電站的實際建設和應用規模進行全面分析與預測。部分光伏電站的站內工作電源會采用外網引接的方式，還可以盡量減低供配電線路的高峰負荷壓力，并對逆變器建設區域的負荷用電情況進行全面模擬和分析。地面并網的光伏電站，其電氣主接線設計方案主要與當地電力資源供給需求因素直接相關，還需要對內部接線可能存在的升壓情況進行全面約束和限制，需要保障變電站內部線路能夠持續穩定的運行，并對組合發電形式以及電力資源的具體配置規則與標準進行分類匯總和可視化數據分析。

2 光伏電站的防雷接地設計

2.1 光伏電站防雷

2.1.1 直擊雷防護

在配置光伏電站的防雷設施過程中，需要將母線裝設的過電壓保護裝置、直流匯流箱中的避雷裝置進行有效排布，并對電氣設備的外殼接地形式進行全面檢查和檢驗分析。直擊雷的有效防護措施，需要根據我國建筑物防雷設計規范中的相關規定內容，將光伏陣列視為三類防雷建筑物，并需要對各類金屬構件的可靠連接接地形式進行全面設計和防雷效果模擬分析。在防護直擊雷的過程中，需要將光伏電站之中的金屬組件作為關鍵防護單元，還需要對光伏電池組件、電池支架中的金屬構件等主要導電連接形態進行分類匯總和統計分析，并對遭受雷擊之后的接地路線進行有效模擬和分析，將瞬時高壓和熱效應對光伏電池組件和導電組件造成的一系列不良影響進行有效消除和分散。對于直擊雷的有效防護措施，需要重點關注防雷建筑物之中的有效防雷接地方式是否通暢，并及時判斷可能產生高電位的具體位置，還可以合理應用均壓環等設備，實現等電位連接功能。對于直擊雷的有效防護設施，需要以整體功能的需求分析結果為主，并需要合理配置光伏電站中導電材料和組件之間的通電導電資源，還需要及時預判分散雷電效應過程中距離過小或者過大因素可能造成的不良影響。

2.1.2 感應雷防護

在對地面并網光伏電站進行電氣設計和測試的過程中，需要合理配置感應雷電的有效防護措施，并需要將感應雷電所產生的感應電流以及機械效應、熱效應進行快速消除，才能夠進一步保障光伏電站的正常運營狀態。尤其在配置感應雷防護裝置和材料資源的過程中，需要將交流并網的供電線路進行全面檢查，還需要對光伏組件方陣所產生的直流供電線路進行全面檢查，并對直流電路的防雷擊保護裝置的實際應用效果進行全面評估和分析。針對感應雷電的有效防護措施，普遍應用無間隙金屬氧化鋅避雷器等裝置，能夠有效防護感應雷電對光伏電池矩陣產生的不良影響。感應雷電的有效防護機制，還需要與直擊雷電的有效防護機制進行協同作用，才能夠有效避免感應雷電對建筑物內部各類電子機械設備造成的不良影響。感應雷電的有效防護機制，可以與光伏電站建筑物的特定功能以及防雷性能指標相互融合，并將本區域內可能產生的感應雷電現象進行及時預判和分析，并需要在虛擬化的防雷電模擬平臺中，進一步引申和拓展對感應雷電的有效防護機制和功能操作選項。在建設和部署實施地面并網的光伏電站建筑工程項目期間，電氣設計人員需要充分結合當前感應雷電的發生發展趨勢，對不同季節內可能產生的感應雷電現象進行全面模擬和分析，多次校驗不同電氣設計方案中多個感應雷電防護機制是否有效和可靠。

2.1.3 雷擊反擊防護

在地面并網光伏電站的電氣設計方案中，雷擊的反擊防護措施普遍應用等電位處理的技術策略，并需要設計合理的等電位聯結資源，并對導電材料的接地線路進行全面模擬和分析。在設計和實現等電位處理方案的過程匯總，需要對工作地、防雷地、保護地等不同功能區域中的電位連接方式進行全面評測和分析，并對屏蔽接地方式進行優化和完善，才能夠逐步消除各個點位之間的電位差值。有效的雷擊反擊防護機制，還需要建立在光伏電站建筑物強度性能指標可靠的基礎之上，才能夠進一步引申出等電位連接方式的優化設計方法。尤其對于供配電壓力較大的地面并網光伏電站而言，有效的雷擊反擊防護機制，能夠有效消除建筑物內部和外部之間可能存在的電位差等問題，還可以及時處理電氣設備以及電子部件表面可能存在的感應雷電問題，并對雷擊的反擊防護效果進行全方面模擬和評估分析。雷擊反擊防護機制，還需要建立在電氣系統完整性和穩定性能的基礎之上，并對瞬時雷擊和感應雷擊等不同情況的有效反擊防護效果進行嚴格監控和跟蹤溯源，及時處理光伏電站建筑物表面和內部存在的防雷風險因素。

2.2 光伏系統的接地

2.2.1 接地網的通常設計

在對地面并網光伏電站進行電氣設計的過程中，不僅需要對防雷功能和性能進行全面評估和優化設計，更需要對接地系統進行詳細設計。接地功能系統的通常設計，主要集中在水平接地網和垂直接地極等相關材料資源和設備資源的優化配置層面之上，并需要對實際建筑工程項目的總匯設計內容進行有效約束和限制，并重點突出鍍鋅鋼管以及扁鋼鋪設形式等關鍵設計要素，才能夠將聯結成網網格的接地系統進行有效模擬和分析。在設置水平和垂直接地極等相關材料資源的過程中，需要及時避免出現沖擊電位過程中散流形式不合理的問題，并充分保障光伏電站主體建筑內部結構的完整性和剛性強度指標在合理范圍之內。在接地網絡的通常設計方案之中，需要將自然接地體和主地網的有效聯結方式進行合理設計，并將電力網絡中的關鍵輸配電線路材料質量進行全面檢驗和分析，確保接地網絡通常設計方案的有效性和安全性。除此之外，地面并網光伏電站中的接地網通常設計方案，還需要涵蓋截面不小于100平方毫米的裸銅電纜敷設內容，并需要將其與主接地網絡的等電位聯結方式進行全面約束和限制，并充分保障各類電氣設備外殼與主接地系統之間存在合理的分散電流通路。

2.2.2 接地網防腐設計

在對地面并網光伏電站進行電氣設計的過程中，也需要合理配置主接地網以及輔助接地網的防腐材料和設備資源，并對接地裝置的材料應用和配置規則進行標準化管理。光伏電站中的接地裝置普遍采用熱鍍鋅材料、鋼材料、陰極保護法等方式，進一步提升光伏電站的主接地網絡應用效率和質量，還可以對防腐設計方案的具體實施效果進行全面跟蹤和監督管理，為后續實施內容提供更加精準的技術管理要素。在對熱鍍鋅材料為基礎的接地裝置進行防腐設計的過程中，需要對鋅合金層本身具備的防腐特征進行全面優化和完善，并對熱穩定要求的具體評估標準進行詳細記錄和分析，為后續材料更換和維護操作提供可靠的數據信息支持。按照以往工程經驗，每年熱鍍鋅材料和扁鋼管的被腐蝕程度基本圍繞在0.1mm左右，因此鋼管材料的截面還需要增加50%左右，才能夠進一步滿足電氣設備的接地防護需求。對銅材料接地裝置進行防腐設計的過程中，設計人員需要對銅材料的耐腐蝕性和穩定性能進行長期評測和分析，并及時處理腐蝕速度超出預期數值的接地防腐材料位置，還需要考慮替換同等防腐材料過程中所產生的成本費用和人力資源損耗情況。陰極保護法是很多地面并網光伏電站普遍應用的防腐設計方法之一，也能夠降低較多人力成本的損耗量。在應用陰極保護法的過程中，需要將犧牲陽極以及外加電流的兩種主要防腐措施與導電涂料防護機制相互融合，但是可能會被保護電流的具體作用范圍所影響。以上三種防腐設計方案，能夠與接地裝置的具體敷設作業形式相互融合，但是需要及時處理凍土和非凍土條件下光伏電站建筑物周邊區域的具體接地電阻值不合理等問題。

3 光伏電站的電纜敷設設計

在對地面并網光伏電站進行電氣設計的過程中，需要重點關注電纜敷設設計方案是否合理，還需要根據光伏電站建筑物的主設計方案和技術方案，選擇科學合理的電纜敷設和排布形式。在對地面并網光伏電站進行電纜敷設設計的過程中，需要將35kV的電纜長度和截面規格進行有效約束，才能夠進一步保障集電線路和配電線路的路徑分配規則是科學合理的。在敷設輸配電電纜線路的過程中，也需要將光伏電站內部和外部聯通的關鍵節點位置進行合理設計，并有效節約架空線路的建設成本，并對光伏陣列中的電纜敷設排布規則進行優化設計。

結束語

在對地面并網光伏電站進行電氣設計的過程中，需要將光伏陣列的獨特排布方式與防雷接地以及線路敷設的設計方案進行精準對接，才能夠進一步保障光伏電站內部電子和機械零部件的完整性和安全性。地面并網光伏電站的電氣設計方案，需要以實際工程項目的建設技術標準為主。

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