光伏电站防雷接地注意事项

时间：2023-04-12作者：四川雷电防雷技术有限公司浏览：69

雷电防护对整个光伏电站来说，是一个不可或缺的组成部分，它关系到电站能否平安正常的运行和电站人员的安全。作为未来新能源的主要选择，国内尚无一个详细的设计规范来明确如何进行光伏电站的防雷设计，因此本文主要针对光伏电站的防雷方法结合工作经验及相关规范，进行总结和归纳，陈述个人观点。




1 并网光伏系统的组成及主要需防护雷击设施光伏发电系统主要分为3大类:独立，分布式和并网光伏发电系统。本文主要针对并网发电系统进行相关探讨。并网光伏发电系统工作原理是由地面光伏方阵将太阳能转化为直流电能，通过汇流箱汇流后输送到的直流配电柜，然后输送到并网逆变器上，逆变器将直流电转变成交流电后，传输到交流配电柜，并经升压后，送至电网。并网光伏电站主要由光伏方阵，汇流箱，直流输电线缆，直流配电柜、并网逆变器、交流配电柜，升压变压器、送出线路及计量、控制、通讯等设备组成。本文中暂不考虑蓄电池组、蓄电池控制器及太阳跟踪控制系统。




雷电对并网光伏电站的危害主要分为3种类型，分别为直击雷，闪电电涌侵入以及设备机房的雷击电磁脉冲。直击雷:当雷击于地面光伏方阵、设备机房或送出线路上，经过其对地放电产生的电击时，由于雷电流的高温热效应，在雷电流流过的通道上，物体水分受热汽化而剧烈膨胀，产生强大的冲击性机械力，可使人体组织、建筑物结构、设备部件等断裂破碎，从而导致人员伤亡、建筑物破坏，以及设备毁坏等。




闪电电涌侵入:雷击在输出线路、直流电缆线路或金属管道上时，雷电流沿电缆线路或金属管道侵入室内，或者雷击在电缆线路或金属管道附近时，由于雷电流变化梯度大而产生强大的交变磁场，使得雷击点附近的金属导体产生感应电流，感应电流沿着金属管线侵入设备机房内，损坏设备或者危及人身安全。设备机房的雷击电磁脉冲:雷击建筑物或附近时，雷电流进入建筑物的防直击雷系统时所产生的迅变电磁场，它会对周围的一切电子设备发生作用。这种磁场变化引起的电场变化可能导致机房内部通讯、监控等系统的电子、电气设备失效。综上所述，并网光伏电站需采取雷电防护措施的组成部件有:地面光伏方阵、直流输电线路、金属管线、送出线路、建筑物机房及设备机柜(含直流配电柜、并网逆变器、交流配电柜，升压变压器及计量、控制、通讯设备等)。




2 并网系统光伏电站防雷方案


2.1防雷类别确定光伏电站的光伏方阵属于露天场所，一般分布于空旷开阔的场地，而且分部面积较大，遭受直击雷击的概率自然会相对应的增加。防雷类别参考《建筑物防雷设计规范》对粮、棉及易燃物大量集中的露天堆场的按照三类防雷建筑物的判定，虽然光伏方阵不属于易燃物，但是投资巨大，如果因雷击造成人员伤害或设备损害，其损失也是巨大的。光伏方阵虽存在较低火灾危险，但从减少经济损失的角度出发，对光伏方阵进行防雷设计是非常必要的。综合各方面因素，建议按三类防雷建筑物考虑。




2.2直击雷防护直击雷防护主要分为3个部分，设备机房，地面光伏方阵及送出线路。2.2.1设备机房直击雷防护措施设备机房直击雷防护应按照三类防雷建筑物来考虑设计，采用φ12mm镀锌圆钢作为接闪器，敷设在屋角、屋檐和檐角等易受雷击部位，并在整个屋面组成不大于20m×20m的接闪网。利用建筑物混凝土柱内2根φ≥16mm主筋作为引下线，其间距不大于25m，引下线上端与接闪带连接，下端与基础接地网连接。2.2.2地面光伏方阵直击雷防护措施光伏方阵的光伏组件可利用其金属边框作接闪器、金属支架作接地线，场站内应采用由垂直接地较和水平接地较共同组成的人工接地网，利用∟50mm×50mm×5mm角钢作为垂直接地较，在土壤中的埋设深度不应小于0.5m，采用40mm×4mm扁钢作为水平接地较，挖沟埋设，垂直接地体的间距应大于埋深的两倍并均匀布置。固定在同一金属框架上的光伏组件，其金属框架接地点应大于2点，且每个接地点间隔距离不大于25m。光伏方阵的防雷接地应与其保护接地、系统接地以及设备机房的接地系统共用同一接地装置;共用接地装置的接地电阻，应符合各接地系统小值的要求，一般不大于1Ω。2.2.3送出线路直击雷防护措施送出线路应通过装设避雷线来降低直击雷造成的危害。




2.3防闪电电涌侵入的要求防闪电电涌侵入主要针对出、入户金属管线的防护，包括直流输入电缆、金属管道、汇流箱、送出线路的防护。




2.3.1直流输电线路及金属管道防闪电电涌侵入措施为减少雷电流或电涌电流通过直流输电线缆进入机房，直流输电缆应采用屏蔽电缆，其屏蔽层应至设。金属管道至少在始、末端、分支处、进入防雷区交界处做等电位连接，从而避免雷电流或电涌电流通过直流输电线进入机房，使设备机柜遭受损害。




2.3.2汇流箱防闪电电涌侵入措施应在汇流箱内装设直流电涌保护器，即分别在汇流箱输出端在正极对地、负极对地、正极对负极之间安装，直流电涌保护器的主要技术参数应满足:额定冲击电流Iimp≥12．5kA(10/350μs)。当场站内的光伏方阵或附近地面遭受雷击时，输电线路中形成的雷电流或电涌电流会通过汇流箱中的电涌保护器进行泄流。另外根据实际直流输电线路数量，若需要进一步减小电涌电流，可在多级汇流箱中增设能量相匹配的电涌保护器以达到目的。值得注意的是安装在汇流箱处的直流电源电涌保护器应满足光伏系统的应用特性要求，持续工作电压应大于或等于光伏组件的开路电压，综合采用以上措施，尽可能的降低闪电电涌电流。




2.3.3送出线路防闪电电涌侵入措施送出线路的防闪电电涌侵入措施，主要是在变压器高压侧装设氧化锌避雷器，利用氧化锌避雷器良好的非线性伏安特性的特点，将线路上电涌电流导入大地。




2.4雷击电磁脉冲防护措施雷击电磁脉冲的防护主要针对于机房内设备，分为屏蔽、等电位及综合布线:应在线路出、入户处设置等电位连接端，机房中所有的进出金属管道或线路屏蔽层均应在防雷区交界处做等电位连接。
同时，机房内设备机柜、金属桥架、金属管、屏蔽线缆金属外层、设备安全保护接地、电涌保护器接地端等均应以短的路径与S型结构的接地基准点或M型结构的网格连接。机房等电位连接网络与光伏方阵的接地体应保持同一电位，以防止电位差产生的反击。直流配电柜内根据工作电压要求，应装设适配的直流电涌保护器，逆变器每路直流的输入端可根据实际情况选择是否装设电涌保护器，以达到降低雷电流产生的残压，使其小于设备耐受电压的目的。升压变压器的低压侧应安装Ⅰ级试验(额定放电冲击电流Iimp≥12．5kA)的电涌保护器，高压侧安装氧化锌避雷器。另外机房内布置信号线缆的走向时，应尽量减小由线缆自身形成的感应环路面积(图1)。信号线路电涌保护器的选择，应根据线路的工作频率、特性阻抗、传输介质、工作电压、接口形式等参数，选用电压插入损耗小、分部电容小、并与纵向平衡、近端串扰指标适配的电涌保护器，设置在防雷区界面处。
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