新能源電站防雷接地優化設計與效能研究

1.新能源電站防雷接地優化設計要點

1.1效接地網

接地網作為防雷系統極為關鍵的物理基礎，它的性能會直接影響雷電流的泄放效率以及系統的安全運行，傳統的借助鍍鋅扁鋼構建而成的接地網，在實際運用中存在著許多問題，在干旱、高腐蝕性土壤環境里，容易出現電阻率升高、材料腐蝕加速情況，致使接地效果衰減，甚至失效。怎樣提升接地網的穩定性與耐久性成了工程實踐中迫切需要解決的關鍵問題。近些年來，柔性接地技術的出現為這一難題給出突破性的解決辦法，以HD-R10柔性接地體為例，這種材料含有高達 65% 的水分，在高電阻率地區像四川某風電場可長期保持低電阻狀態，有效提高泄流能力。它包裹金屬接地極形成的物理隔離層可以延緩腐蝕過程，延長接地系統使用壽命。

在結構設計層面，環形閉合接地網已然成為主流的方案，以光伏電站為例，接地極一般是沿著光伏陣列的邊緣呈放射狀來布置的，水平接地體大多采用的是 40×4mm 的鍍鋅扁鋼，垂直接地體選用的是 50×50×5mm 的角鋼，埋深的要求是不低于0.8米，目的在于保證接地電阻值可符合規范的要求。不過在山地、戈壁等復雜地形的條件下，傳統的接地方式大多時候很難契合設計的需求，在這個時候，由柔性接地體與降阻劑組合而成的復合接地系統就呈現出了優勢。比如，江西某風電場依靠引入柔性接地技術進行改造之后，成功地把沖擊接地電阻降低到了4Ω以下，很大程度上降低了雷擊跳閘率，提升了系統運行的安全性與穩定性。

1.2防護強化

直擊雷是新能源電站面臨的主要威脅之一，其防護工作要借助接閃器以及主動驅雷裝置來達成雙重攔截，接閃器在設計之時要嚴格依照滾球法來進行，以此保證光伏組件、風機葉片等關鍵設備處于保護范圍之內。例如，屋頂分布式光伏的避雷針要高出光伏陣列1米多，并且要和屋頂原有的防雷系統實現可靠連接，防止電位差引起反擊現象。對于大型風電場來講，獨立避雷針要和風機塔筒保持5米多的安全距離，避免雷電流經由塔筒傳導至設備。

主動驅雷技術為直擊雷防護提供了全新思路，HD-PLR等離子驅雷裝置依靠陣列多針所產生的“尖端效應”，在雷云電場的激勵作用下電離出高濃度等離子體，以此中和雷云底部電荷，形成“漏電電容”效應，這項技術已在沿海風電場成功應用，其保護角可達

84°，可有效驅散半徑50米范圍內的雷電先導。對于風機葉片的直擊雷防護，DSAN雙疏仿生涂料借助超疏水以及超疏油特性，避免凝露、污閃等導致電場畸變的因素出現，降低葉片遭受雷擊的概率，主動驅雷技術和接閃器共同構建的直擊雷防護體系，提升了新能源電站的抗雷能力，HD-PLR等離子驅雷裝置憑借主動中和雷云電荷，把傳統的“被動接閃”轉變為“主動驅散”，特別適合開闊地帶或者高雷暴區。DSAN雙疏仿生涂料則是從物理層面降低葉片表面電場畸變，與接閃器配合形成“攔截-疏導-防護”三重機制[1]。

1.3與等電位連接優化

感應雷是新能源電站防雷體系里不容忽視的關鍵威脅之一，它主要借助電磁耦合在電子設備以及控制系統中產生瞬態過電壓，引發設備損壞或者運行出現異常情況，要想有效應對這一風險，就得構建起完善的感應雷防護系統。其中浪涌保護器和等電位連接技術是核心的防護手段，在直流側系統中，匯流箱輸入端以及逆變器直流輸入端作為關鍵節點，一定要安裝適配系統電壓等級的直流SPD，比如在1000V或者1500V的光伏系統中，應該選用標稱放電電流不小于10kA的產品，以此保證可承受雷電所引起的瞬態沖擊。而在交流側，逆變器輸出端和配電柜進線端需要配置Type2或者Type 1+2 級 SPD，其保護電壓水平要控制在 ?1.5kV 以內，防正感應雷經交流線路侵入設備，對于通信信號線路，同樣要安裝專用信號浪涌保護器，阻斷雷電感應依靠數據傳輸路徑進入控制系統的可能性。

等電位連接是達成系統整體防雷性能優化的關鍵要點，在山地、高雷區這類復雜環境條件下，等電位連接與SPD的配置策略仍有待優化，比如在雷電活動頻繁的區域，接地體間距可縮短至3米以內，以此提高接地系統的均壓效果。同時，采用兩級SPD串聯防護的方式，提高對高頻沖擊電流的抑制能力，提升系統抗雷擊干擾的能力。

2.新能源電站防雷接地優化設計效能分析

新能源電站防雷接地系統的效能對于電站的安全運行以及經濟效益有著直接的關聯，優化設計要從降低接地電阻、提升泄流效率、減少電位差這三個方面入手，構建起多層次的防護體系。就拿柔性接地技術來說，它借助材料創新，有效改進了傳統接地系統存在的局限性，HD-R10柔性接地體的水分含量為 65% ，可在干旱以及高腐蝕性土壤中保持低電阻狀態，比如在四川某風電場的應用里，其耐沖擊變化率僅為 0.36% 即便在高頻沖擊的情況下，依然可以維持接地電阻的穩定，防止反擊跳閘現象的發生。該技術借助包裹金屬接地極形成物理隔離層，減緩腐蝕速度，能將鍍鋅扁鋼的使用壽命延長至原來的6倍。同時，還符合歐盟ROHS環保標準。

直擊雷防護效能的提高依賴于接閃器布局與主動驅雷技術的結合。傳統避雷針通過“滾球法”來計算保護范圍，然而新能源電站設備分布繁雜，需要依據地形對布局加以優化，像屋頂分布式光伏要保證避雷針高于陣列1米多，山地風電場則要維持獨立避雷針和塔筒5米多的安全距離，更為先進的HD-PLR等離子驅雷裝置運用陣列多針“似尖端效應”，在雷云電場激勵作用下電離出高濃度等離子體，中和雷云底部電荷，形成“漏電電容”效應。這項技術在沿海風電場達成 84^° 保護角，可驅散半徑50米內的雷電先導，降低雷擊概率。

感應雷防護以及等電位連接的優化對于保障設備安全而言十分關鍵，感應雷會借助電磁耦合產生過電壓，要借助浪涌保護器也就是SPD以及等電位連接來達成分級防護，直流側的SPD需要和光伏系統電壓等級相匹配，像1000V或者1500V的系統應當選用標稱放電電流不小于10kA的產品，交流側則要配置Type2或者Type 1+2 級的SPD，保護水平控制在小于等于 1.5kV_c 0信號線路比如RS485、以太網等需要安裝專用的信號SPD，以此防止雷電感應經由信號線侵入設備，等電位連接利用40×4mm 的鍍鋅扁鋼或者橫截面積大于等于 16mm² 的銅纜把光伏支架、組件邊框、逆變器外殼等金屬部件連接到等電位端子板，形成環形接地網。比如，在山地光伏電站中，接地體間距縮短到3米以內，并且采用兩級SPD串聯防護，可有效地降低系統抗沖擊能力[2]。

借助柔性接地技術、主動驅雷裝置以及多級SPD防護的聯合運用，新能源電站防雷接地系統的效能有了明顯提高，于四川某風電場而言，柔性接地技術把沖擊接地電阻降至4Ω以下，降低雷擊跳閘率。江西某風電場運用等離子驅雷裝置達成主動防護，其保護角為84^° 。某10MW光伏電站經優化接閃器布局并更換高性能SPD，將設備損壞率降低超過 70% 。隨著智能監測系統的廣泛應用，防雷接地設計會朝著動態預警、精準防護的方向發展，像HD-LDL雷電在線監測系統可實時監測接地電阻數值，達成風險預警與精準定位，此種技術融合提升了電站的防雷性能，而且依靠降低運維成本、減少設備損壞率，為新能源產業的高質量發展奠定了堅實基礎。

3.結束語

新能源電站防雷接地優化設計通過材料創新、技術融合與系統整合，顯著提升了防雷效能與運維經濟性。柔性接地技術、主動驅雷裝置及多級SPD防護的協同應用，有效解決了傳統方案在高腐蝕、高雷暴環境下的局限性。以四川某風電場、沿海風電場等項自為例，優化設計使雷擊跳閘率降低 65% 以上，設備損壞率減少 70% ，運維成本下降40% 。未來，隨著智能監測與動態預警技術的普及，防雷接地系統將向精準化、自適應化方向發展，為新能源產業的高質量發展筑牢安全屏障。

參考文獻：

[1]王建國。高海拔喀斯特地貌光伏電站防雷標準化技術及應用對策[J].大眾標準化，2025，（08）：7-9.

[2]閆旭東。太陽能光伏設備防雷技術的研究[J].能源新觀察，2025，（04）：34-36.