光伏发电项目雷电易损性分析及雷电防护检测技术探究

2019-09-10王瑞阳

河南科技 2019年2期

王瑞阳

摘要：光伏电站一般位于空旷的野外，极易遭受雷击，造成设备损坏、人员伤亡。因此，确保防雷装置完善至关重要。本文通过鹤壁晶科电力20MWp分布式光伏发电项目防雷检测，探究项目所在地年预计雷击次数，并进行阵列区接地电阻检测、等电位检测、SPD检查等。

关键词：光伏发电;雷电易损性;雷电防护

中图分类号：P429 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）02-0133-03

Discussion on Lightning Protection Detection Technology of Distributed Photovoltaic Power Generation Project

Absrtact： Photovoltaic power plants are generally located in the open field， which are vulnerable to lightning， resulting in equipment damage and casualties. Therefore， it is very important to ensure the improvement of lightning protection devices. Through the lightning protection detection of Hebi Jingke 20MWp Distributed Photovoltaic Power Generation Project， this paper explored the annual estimated lightning strike times of the project location， and conducted grounding resistance detection， equipotential detection， SPD inspection in the array area.

Keywords： photovoltaic power generation;lightning vulnerability;lightning protection

1 項目情况

1.1 基本情况

本工程占地面积约38万m2，土地性质为荒山、荒坡及未利用地。本工程本期建设容量为20MWp，共安装79 200块功率为255WP的多晶硅光伏组件。本工程为并网电站项目，以35kV电压等级接入110kV大吕寨变电站，光伏电站每1MWp为一单元模块进行设计，每1MWp光伏发电单元经逆变器转变为交流电后，通过一台1 000kVA箱式升压变压器，将电压升至35kV。每10个1MWp光伏发电单元并联后经一回35kV电缆线路接入35kV开关站，本期共设有2回35kV电缆线路接入35kV开关站，再通过1回35kV架空线路与系统并网。

1.2 项目位置

项目位于鹤壁市鹤山区鹤壁集镇境内，距鹤壁市约40km。站址地貌为丘陵地形，海拔高度为228～287m，场址内现有的道路经过拓宽改造可做为光伏场区进场道路。

2 前期准备工作

2.1 勘测光伏阵列区检测路线图

经过实地勘查，并查阅项目分布图，确定光伏阵列区分为三个部分，三个部分都有水泥路面，作业车辆可以通过，检测较为方便。

2.2 工程地质情况

钻孔揭穿深度范围内未见地下水，可不考虑其对基础的影响。场地环境类别为Ⅲ类环境，场地土对混凝土结构、混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀性。因此，地质对阵列区垂直接地体、水平接地体及接地基础的腐蚀影响较小。

2.3 安全工作

根据现场特点准备安全帽、绝缘手套等劳保用品，尤其要注意阵列区高压塔附近。检测人员应提前学习现场安全管理规定，并根据防雷检测项目确定检测安全注意事项。

3 年预计雷击次数

3.1 雷击大地密度

3.1.1 近三年地闪资料估算雷击大地密度。鹤壁市地闪密度如图1所示。

由图1可知，项目所在地附近雷击大地密度为：[Ng]=1.9次/（km2·a）。

3.1.2 雷暴日估算雷击大地密度。气象资料统计鹤壁市鹤山区近50年平均雷暴日[Td]为22.6，在温带地区可以做以下估算：

[Ng=0.1Td] （1）

由（1）式可以得到，[Ng]=2.26次/（km2·a）。

3.1.3 综合计算雷击大地密度。由插值和时间权重计算雷击大地密度，计算公式为：

[Ng=Ng1×t1+Ng1×t2t1+t2] （2）

其中，[t1]为3，[t2]为50，通过计算可知：[Ng]=2.2次/（km2·a）。

3.2 年预计雷击次数

计算公式为：

[N=NgAdCd×10-6] （3）

光伏发电项目位于山丘上，所以位置因子[Cd]取2;项目占地约38万m2，由于光伏阵列区光伏板位置很低，所以[Ad]等效截收面积约为380 000m2，将相关数值带入公式（3）计算得出N=1.67次。參考《建筑物防雷设计规范》（GB 50057—2010）[1]，可接受最大雷击次数[Nc=5.8×10-1/C]，C大于1。因此，年预计雷击次数明显大于可接受最大雷击次数，光伏发电阵列区较易遭受雷击，应做好直击雷和雷击电磁脉冲防护措施。

4 现场检测

4.1 光伏阵列区接地电阻测试

4.1.1 阵列区防雷防护情况

4.1.1.1 直击雷防护。①光伏电池方阵区域直击雷防护：在光伏阵列区域不单独设置避雷针，利用光伏组件金属边框和光伏支架，光伏组件金属边框和光伏支架连接后再与主接地网可靠连接，作为直击雷防护设施。

②其他区域直击雷防护：在逆变升压配电室屋顶设置避雷带用于直击雷防护。交流侧的直击雷防护按照电力系统行业标准《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（GB/T 50064—2014）进行。

4.1.1.2 雷击电磁脉冲防护。在太阳能组件的不同控制部分，分别设置二次防雷模块，避免其受感应雷和操作过电压冲击。

4.1.1.3 接地。光伏发电区域的接地网采用水平地网与垂直接地极相结合的复合接地网方式。整个水平地网做成“田字格模式”。对太阳电池方阵，将每排电池支架连为一体，并就近与水平地网相连（连接点不小于2点）。保护接地、工作接地采用共网接地方式。

4.1.2 接地电阻测试。光伏阵列区面积较大，对角线达4km以上，如果按照规范，阵列区地网接地电阻测试应使用大型地网接地电阻测试仪测量，电流极应设置在16km以外，考虑到项目位置（在山坡上）及测量成本，可行性差。由于地网边界效应的存在，增加地网面积，对接地阻值影响很小，所以，在实际检测中，可对某1MWp的光伏阵列区地网进行检测，将其与其他方阵地网断开，若其阻值符合规范要求，其他阵列区只要与其等电位连接良好，则符合规范要求。

实地检测中，多次测量电阻值的平均数约为1.7Ω，小于4Ω，符合规范要求。地网与地网之间过渡电阻平均值为0.12Ω，小于0.2Ω，符合规范要求。

4.2 光伏阵列区等电位连接

为防止人身伤害，阵列区内变压器、汇流箱等所有正常不带电设备金属外壳和金属部件均应与地网进行可靠连接，连接情况通过目测连接质量、连接导体的材料尺寸与过渡电阻检测相结合的方式确定。

设备与地网连接情况评价方法[依据《接地装置特性参数测量导则》（DL∕T 475—2017）[2]]如下：①50mΩ以下：状况良好;②50～200mΩ：尚可，宜在例行测试中重点关注其变化，重要设备宜在适当时候检查出来;③200mΩ～1Ω：不佳，应尽快对重要设备进行检查和处理;④1Ω以上：设备与主地网未连接，应尽快检查处理;⑤独立避雷针的测试值应大于500mΩ。

经测量，过渡电阻阻值为0.04～0.06Ω，基本符合规范要求。

4.3 光伏阵列区电涌保护器

汇流箱和逆变器直流输入端安装直流SPD;逆变器交流输出端和箱变内装有交流SPD。标称电流[In]和冲击电流[Iimp]的选择参考《太阳能光伏系统防雷技术规范》（QX/T 263—2015）[3]。交流SPD依据《建筑物防雷设计规范》（GB 50057—2010）[1]第6.4章进行判断。

4.4 升压站防雷检测

升压站建筑物及设备共用接地装置，内设独立的接闪杆，测量方法与4.1部分光伏阵列区相同。主控室、配电室设备应与最近地网可靠连接，SPD安装要求应符合《建筑物防雷设计规范》（GB 50057—2010）[1]的要求。

5 结论

①光伏阵列区年预计雷击次数N=1.67次，较易遭受雷击，应注意做好直击雷防护。

②光伏阵列区地网接地电阻测试使用大型地网接地电阻测试仪测量，电流极需设置很远，通常要大于10km，考虑到地理位置和测量成本，测量可行性差。因此，在实际检测中，可对某一光伏阵列区地网进行检测，将其与其他方阵地网断开，若其阻值符合规范要求，其他阵列区只要与其等电位连接良好，则符合规范要求[4]。

③为防止人身伤害，项目内变压器、汇流箱、主控室内机柜等所有正常不带电设备金属外壳和金属部件均应与直接或通过等电位端子与地网进行可靠连接，连接情况通过目测连接质量、连接导体的材料尺寸与过渡电阻检测相结合的方式确定。

参考文献：

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑物防雷设计规范：GB 50057—2010[S].北京：中国建设出版社，2010.

[2]国家能源局.接地装置特性参数测量导则：DL∕T 475—2017[S].北京：中国标准出版社，2017.