浅谈巴州地区并网光伏发电项目防雷设计

王媛媛 郭彬

(1.巴州气象局防雷减灾办公室,新疆库尔勒 841000;2.新疆和硕县气象局,新疆和硕 841200)

浅谈巴州地区并网光伏发电项目防雷设计

王媛媛1郭彬2

(1.巴州气象局防雷减灾办公室,新疆库尔勒 841000;2.新疆和硕县气象局,新疆和硕 841200)

光伏发电项目作为新疆巴州地区的一项新兴产业,其孤立性质使其遭受雷击概率大大增加,如何做好光伏发电项目的防雷对其正常运转及避免不必要的经济损失至关重要。本文浅谈了并网光伏发电项目的防雷综合设计,根据巴州地区独特的地质条件提出防雷装置的施工要点。

光伏发电 防雷 接地装置

新疆巴州地区太阳能资源丰富，太阳能作为一种安全、清洁的能源，其优势日益凸显。据不完全统计，2013年以来新疆巴州地区共投资建设光伏发电项目18个，单机容量最大为30MW，部分项目仅为一期工程，今后光伏发电项目在巴州地区仍有很大发展空间。由于光伏发电项目多处于空旷地带，对流性天气时有发生，因地制宜地做好防雷保护对项目正常运转极其重要。目前，国内没有出台明确的大型光伏发电项目防雷设计标准，太阳能光伏并网发电系统的防雷与一般建筑物的防雷既有区别又有联系，因此要结合其特点来合理设计可靠的防雷方案。

1 光伏发电项目独特性

典型的太阳能光伏发电系统主要由太阳能电池板、控制器、蓄电池组、逆变器组成[1]。巴州地区出现的光伏发电项目中设备机房及光伏阵列单元高度均不超过8米，如果按照《建筑物防雷设计规范》(GB50057-2010)对光伏发电项目进行防雷设计，依照规范可以不考虑防直击雷措施。如果按照电力系统的相关规范进行设计，很难得出一个经济合理的结论。

新疆巴州地区山地面积22.5万平方公里，占全州总面积的47.7%；平原总面积24.65万平方公里，占52.3%；其中戈壁沙漠14.3万平方公里，占30.3%。据实地勘测，巴州地区光伏发电项目多位于戈壁荒地，地表植被稀疏。

2 光伏发电项目的雷电防护措施

巴州地区光伏发电项目完整的雷电防护方案包括直击雷防护、雷电波侵入防护以及可靠的接地系统。

2.1 直击雷防护

光伏厂区的主控室、综合室、SVG室多为不超过两层的建(构)筑物，由于光伏发电项目均处于空旷地带，孤立建筑物遭受雷击概率增大，即使以上建筑物达不到三类防雷要求，也建议设计接闪带或接闪网格进行直击雷防护。

目前在巴州地区出现的光伏发电项目均有35KV升压站，在35KV升压站处设置独立接闪杆，具体的高度以实际情况为准，通过滚球法确定接闪器的保护范围[2]。变压器若已在接闪杆的保护范围内，可不另设防直击雷防护措施。

注意保持光伏支架和独立接闪杆之间的相隔距离，考虑到接闪杆高度有可能造成光伏组件的阴影面，则接闪杆安装宜靠边安装。

2.2 雷电波侵入防护

在每个光伏阵列汇流箱中安装SPD。当某一串列遭受雷击侵害时，可降低其他串列的过电压，进而降低雷电波对后续设备的影响[3]。直流配电设备及逆变设备大多设在室内或者就地安装的金属柜中，将大幅降低雷电直击设备的危险，需重点防护雷电过电压，因此还需在直流配电后、逆变设备前装SPD。在升压设备前及室外进入线路在进出建筑处均需装设适配的浪涌保护器。

2.3 接地系统

无论是对直击雷的防护，还是对雷电过电压和雷电电泳的防护，总是要把雷电流传导入地，没有良好的接地装置，各种防雷措施就不能发挥令人满意的保护作用，接地装置的性能将直接决定着防雷保护措施的实际效果[4]。

2.3.1 光伏阵列区及独立接闪杆的接地

(1)地面电站的接地系统采用综合接地，采用人工接地极，每隔一定距离用2.5m长的5号角钢作为垂直接地体，每个人工接地极间距不小于5米角钢之间采用50*5的热镀锌扁钢作为水平接地体，要求接地电阻均小于4欧姆，施工时实测，如不满足要求，则继续增打人工接地极至满足要求为止。(2)为保证人身安全，所有电气设备(组件、箱柜、逆变器等)外壳都应接至专设的接地干线。组件接地孔用BVR线与钢支架横梁进行可靠连接(连接处需做防腐处理)，不同阵列间钢支架采用50*5的热镀锌扁钢可靠连接，且接至整个接地系统。在光伏阵列外围防护栏杆显著位置上悬挂带电警告标示牌。(3)接闪杆宜设置独立的接地装置，其接地电阻不大于10欧姆。施工结束后，应实测接闪杆接地电阻，若大于规程规定的10欧姆，则应与主网两点可靠连接且接闪杆与主接地网的地下连接点至变压器或35KV及以下设备与主接地网的地下连接点之间，沿接地体的长度不得小于15米。

2.3.2 主控室、综合室等接地系统

(1)工程防雷接地、电气设备的保护接地共用统一接地极，要求接地电阻不大于4欧姆，实测不满足要求时，应增设人工接地极。接地体为围绕建筑物敷设成环形接地体，接地体离建筑物距离不小于1.5米，应躲过土建散水坡。水平接地体埋深1米，埋在冻土层以下。当接地体通过基础或电缆沟时，不应被截断，应从基础或电缆沟的底部穿过，当主接地体与电缆沟相交时，其电缆沟中的接地体要与主接地体连接。(2)所有接地材料要求热镀锌处理，现场焊口也应做防腐处理(涂防腐涂料)。室内接地扁钢距室内地面250mm在抹面以内沿墙敷设。所有明敷的接地线均应刷15-100mm宽度相等的黄绿相间的条纹。(3)凡正常不带电，而当绝缘破坏有可能呈现电压的一切电气设备外壳应可靠接地。采用总等电位联结，将建筑物各种金属管道、金属构件进行联结，进出总等电位联结均采用各种型号等电位卡子，不应在金属管上焊接。(4)屋内的接地干线通过墙壁或楼板时，应以钢管保护，接地线应采取防止发生机械损伤和化学腐蚀的措施。

2.4 巴州地区接地的特殊要求

(1)巴州地区地域面积跨度大，土质结构也相差很大，如南部尉犁县域内土壤含盐碱量高，砂石较少，土质多为中亚硫酸盐渍土，对钢筋具有中等腐蚀性，对钢结构具有弱腐蚀性，施工过程中应注意接地体的防腐。北部和静县域内土壤所含粗砂及卵石较多，土壤电阻率实测值较大，通常达到500Ω·m甚至上千。光伏发电项目需有侧重性地做好接地装置。(2)接地装置的施工应与土建施工、下水道施工、水管道施工、电缆沟道及电缆设施施工等密切配合，并在施工过程中跟踪检测验收接地系统。

3 结语

光伏发电项目系统复杂，且地处环境空旷。目前，部分企业存在防雷意识薄弱的现象，为了尽快并网发电，不断赶工期，光伏阵列区的接地装置草草埋设，其深度和焊接防腐等均达不到规范要求，存在一定的雷击风险。在项目竣工验收及定期检测时，需着重对隐蔽工程及室外构筑物的防雷设施进行检查，只有这样才能最大限度地发挥防雷设施的作用，提高防雷装置的安全性和可靠性。

[1]赵争鸣,刘建政,孙小英等.太阳能光伏发电及其应用[J].科学出版社,2005.

[2]林维勇,等.GB50057-2010建筑物防雷设计规范[J].中国计划出版社,2010.

[3]谭进,曾祥学,等.光伏系统雷电防护措施研究[J].水电能源科学,2012.

[4]肖稳安,张小青.雷电与防护技术基础[J].气象出版社,2006.