山区大型光伏发电系统防雷接地技术探究与应用

孙录贵

摘 要：光伏发电系统需要成片区的太阳能电池板作为基础，为了尽量减小对土地的浪费，大型太阳能光伏发电站往往都建设在偏离城镇的山坡上，环境空旷，周边没有高大建筑物防护，其本身就处于雷击高风险区域，而且山区土壤电阻率较高，辐射范围大，电站内电气设备较多，因而确保防雷接地质量尤为重要。该文通过分析埇桥区谢集乡宣杨村20MW地面光伏电站项目一期工程遇到的实际问题，探究在高阻区的山坡上完成光伏发电系统防雷接地技术的方法，使光伏发电接地系统在符合图纸设计要求的基础上，做到“因地制宜、经济合理”并加以推广运用。

关键词：太阳能；光伏发电；防雷；技术

中图分类号 TM862 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2015）23-106-03

Research and Application on Lightning Protection Grounding Technology for Large Scale Photovoltaic Power Generation System in Mountainous Areas

Sun Lugui

（Suzhou Meteorological Bureau，Suzhou 234000，China）

Abstract：Photovoltaic power generation system is based on a film area of solar panels. In order to avoid the waste of land resources，generally large-scale solar photovoltaic generation stations are built on the hillside far away from the town，where is empty，without high-buildings，in high risk area of lightning.It is especially important to make sure the quality of lightning protection earthing electrodes for the electrical resistivity of mountains soil is very high，furthermore it with largescope of radiation，much electrical equipment in power station.In this article，explored the photovoltaic power generation system on the slope of the high resistance of grounding technology theory method by twenty MW ground actual problems in the first phase of the photovoltaic powers station project in Xuanyang village Xieji town Yongqiao district. Make the photovoltaic power grounding system in accordance with the requirements of the drawings design basis.Achieve “adjust measures to local conditions，economic and reasonable”. Finally the popularization and application of the conclution can be maken.

Key words：The solar energy；Photovoltaic power generation；Lightning protection；Technology

近年來，随着半导体材料科学的飞速发展，新能源发电得到了广泛应用，太阳能光伏发电系统由于其高效性、高稳定性以及较好的经济性等特点，越来越得到人们的青睐，被称为最理想的新能源。宿州市云阳新能源发电有限公司埇桥区谢集乡宣杨村20MW地面光伏电站项目，总占地面积40.258 2hm2，选用78 408块255Wp多晶硅光伏组件、18套1MW预装式逆变机房、18台1 000kVA升压变压器和1座35kV汇流站，采用1回35kV出线接入当地电网，工程建设期为6个月，生产运营期为25a。项目为宿州市首家规模较大的山区光伏发电项目，也是宿州市委、市政府重大招商引资项目，现一期工程并网在即。然而，由于宣杨村山区土壤条件较差，防雷接地电阻值合格率仅达6%，不符合图纸设计要求，给光伏系统运行带来了较大防雷安全隐患。

1 太阳能光伏电池方阵地形、地貌

已建宣扬村西南山坡、南山坡、东南山坡太阳能光伏电池方阵属于丘陵地貌，西南距宿州市区约40km，西北距徐州市区约40km，处于皖北山区向平原过渡的地带，地势起伏不大，地面高程约48～110m，光伏阵列主要利用西南山坡、南山坡或东南山坡进行布置，是较理想的光伏电站建设场区。但区内地势起伏较大，基岩埋藏较浅，顶部大部分为直接裸露，除少数为酸性或基性岩浆岩外，主要为奥陶纪-寒武纪的石灰岩及少量砂岩、页岩。岩石风化现象严重，有时表层为残积物覆盖，谷底堆积有较厚的洪积物、坡积物或冲积物，丘陵边缘地带有新近沉积的松散堆积物。区内的水热条件虽不足以使灰岩发育成大规模德克斯特地貌，但崎岖牙石发育相当普遍。

2 光伏电站项目防雷接地系统验收中遇到的问题

埇桥区谢集乡宣杨村20MW地面光伏电站项目场址位于宿州市埇桥区谢集乡宣扬村附近，中心坐标约为N33.97°、E117.39°，光伏列阵主要利用西南山坡（即1区）、南山坡（即2区）或东南山坡（即3区）进行布置，而大部分山体由硬石块构成，目前该项目已进入生产运行阶段，按照河北能源工程设计有限公司设计院设计的图纸，设计接地电阻不大于4Ω。该太阳能光伏发电站的接地网已经竣工，经宿州市防雷中心检测所检测：20MW地面光伏电站项目建筑物及变电站的防雷接地符合设计要求，为防止雷电侵入波和内部过电压的损坏电气设备，在35kV线路出口处设一组氧化锌避雷器，35kV配电装置母线设有无间隙金属氧化物避雷器，箱式变、直流配电柜、汇流箱内均逐级装设避雷器均符合设计要求。3个光伏组件列阵区除1区35KV1-1#箱变、35KV1-10#箱变、1MW、10MW预装式逆变机房覆盖的光伏组件列阵等接地电阻值1.78Ω符合设计要求，山坡越高，阻值俞大，1区35KV1-5#箱变覆盖的光伏组件列阵达58.20Ω，有的甚至更高，尤其3区，不符合电阻值设计≤4Ω的要求。同时在2区、3区选取不同测试点，没有一处电阻值符合设计≤4Ω的要求。

3 光伏电站项目防雷接地系统阻值大的原因分析

根据QX/T263-2015气象行业标准《太阳能光伏系统防雷技术规范》4.2条的规定：太阳能光伏系统宜利用包覆固定光伏组件的金属边框作接闪器，不存在遮挡太阳光的问题，只要注意突出部位，并将支架良好接地，即可达到防雷效果，大型光伏电站光伏阵列防雷宜采用此种方式。该光伏组件接地网采用以水平接地网为主，垂直接地极为辅主，边缘闭合的方孔复合式接地网，网孔距离5～6m。水平接地极采用-50×5热镀锌扁钢，垂直接地极采用φ20，L=2.5m钢管，并与水平敷设的扁钢焊接连贯通，整个接地网敷设在距地面以下1.0m，或建构筑物基础以下0.4m。根据电力行业标准《交流电气装置的接地》DL/T621-1997附录A中的规定，大型复合接地网接地电阻值可以用简易公式来计算：

[R=0.5ρ/S]

式中：R—接地网的接地电阻，Ω；[ρ]—土壤电阻率，Ω·m；S—接地网的面积，m2。

接地网的接地电阻与土壤电阻率ρ成正比，與接地网的面积的开放值S成反比。由于土壤电阻率高，最高处达550Ω·m，土质差，岩石多，接地体埋深不够，地网面积小，造成1区35KV1-5#箱变覆盖的光伏组件列阵达58.20Ω。为了保证光伏发电接地系统符合设计要求，根据多次实地现场勘查，并结合多年的防雷经验和平原地区土壤价廉，降低接地工程造价，采用最经济、合理的小型接地网，探究山区光伏发电系统防雷接地符合设计要求的方式方法。

4 光伏电站项目防雷接地系统设计思路

已建光伏发电防雷接地系统站址总体地势北高南低，光伏列阵主要利用西南山坡（即1区）、南山坡（即2区）或东南山坡（即3区）进行布置，而大部分山体由硬石块构成，太阳能光伏阵列分布范围大，且形状也不规则，这给防雷接地的设计及施工增加了难度。根据多次现场实地勘察，并结合现场区域地形实际情况，选取1区作为光伏发电系统防雷接地实验区，探究切实可行的小型接地网的方式方法，成功后在2区、3区逐一推广并在符离、曹村等光伏项目中得以应用，达到光伏发电系统防雷接地技术探究的目的。具体做法：根据现场勘查在1区（共1#～11#光伏方阵）选取3块区域作小型接地网，因为3块区域位置处1区3个代表地段，且3个代表地段处于路侧都有1～4m的自然坑道，便于施工。即选取35kV开关柜1-5#箱变路西南侧、选取35kV开关柜1-9#箱变北侧（深约4m，长、宽距离超过6m）及选取35kV 开关柜1-11#箱变路西侧（沉约1m，长、宽距离超过8m）作小型接地网，并以35kV开关柜1-5#箱变路西南侧作小型接地网为例，设计施工具体做法如下：根据实地勘察，并利用35kV开关柜1-5#箱变及路基开挖过得长约14m，宽约2～7m，深约1m的自然坑道，选取中部网格尺寸8m×4m，用挖机再挖沉2m，按8m×4m网格1m尺寸纵横间隔打入32根垂直接地体，打入深度0.5m。垂直接地体可采用不小于50㎜×50㎜×5㎜的热镀锌角钢或φ50㎜/壁厚不小于3.5㎜的热镀锌钢管。32根垂直接地体打入坑道后，用粘土覆盖约1m，在深约2m处焊接水平接地体，水平接地体可采用50㎜×5㎜的热镀锌扁钢焊接成网孔不大于1m×1m的面积8m×4m的扁钢网，水平接地体与垂直接地体连线用50㎜×5㎜的热镀锌扁钢焊接，并在四角分别引出小型接地网，所有接地体周围裹以150～200㎜厚的长效降阻剂，上层再覆盖1.8m粘土（图1）。

小型接地网最上层用0.2m混凝土覆盖，并在小型接地网北侧两头分别预留一个0.1m直径的注水空，以便雨水侵入或人工注水，降低接地降阻值。实测引出水平接地体的电阻值，如不大于4Ω，与就近太阳能光伏钢柱基础接地可靠连接，并按此方法做好1-9#箱变北侧、1-11#箱变路西侧小型接地网，若接地电阻符合要求，将1-9#、1-11#连接到总的接地网上。若不符合要求，还需合理增补小型接地网，直到电阻值符合设计要求为止。

5 结论

通过山区太阳能光伏发电系统防雷接地技术的探究，为宿州市云阳新能源发电有限公司埇桥区谢集乡宣杨村20MW地面光伏电站项目接地系统作出完善的设计，并在该项目后期建设中得到了广泛应用，为宿州市大电阻率山区光伏发电系统防雷接地技术提供很好的解决方案，在实际应用中产生了良好的经济和社会效益，在雷电灾害防御方面具有重要意义。

参考文献

[1]QX/T263-2015，太阳能光伏系统防雷技术规范[S].

[2]DL/T621-1997，交流电气装置的接地[S].

[3]GB50057-2010，建筑物防雷设计规范[S].

[4]梅勇成，陈华晖.独立太阳能光伏发电系统防雷技术探讨[J].气象科技，2009，37（6）：763-766.

（责编：张宏民）