光伏发电站雷电危害及防雷接地防护措施

2022-03-23乔志茹赵海生

石油化工建设 2022年11期

乔志茹赵海生

山西省安装集团股份有限公司山西太原 030032

太阳能光伏发电因清洁、安全等优点，数量和规模不断扩大。在雷电多发季节，在雷电出现时，瞬间可产生几十至几百千安培的雷电流，如光伏发电系统无防雷措施或防雷器件不合格，可能造成光伏电站整体瘫痪。因此，如何减少雷电危害，确保太阳能光伏发电系统安全可靠的运行至关重要。

1 光伏发电站雷电的危害

当太阳电池方阵遭到直击雷打击时，强雷电电压将邻近土壤击穿或直流输入线路电缆外皮击穿，使雷电脉冲侵入光伏系统。带电荷的云对地面放电时，整个光伏方阵像一个大型无数环形天线感应出上千伏的过电压，通过直流输入线路引入，击坏与线路相连的光伏系统设备。

（1）对光伏组件的损害：目前所有种类的太阳能光伏发电电池组件中光电转换效率最高且坚固耐用的是单晶硅电池组件，雷电主要会对硅材料或体内PN 结产生伤害，破坏光伏板电池片PN 结晶体场，使其产生缺陷，引起杂质迁移，导致单晶硅半导体寿命下降。

（2）对保护器件的损害：雷电会造成浪涌保护器（SPD）、组件旁路二极管功能失效。

2 光伏发电站防雷接地设计规范要求

针对雷电对光伏电场区造成的巨大影响，一般采用等电位连接、隔离法和加装保护器等避免雷电危害。

（1）依据GB50065- 2011《交流电气装置的接地设计规范》，接地阻值应符合系统最低要求。光伏方阵接地装置的冲击接地电阻不宜大于10Ω，高电阻地区（电阻率大于2000Ω·m）最大值应不高于30Ω。

（2）光伏发电站的光伏方阵、光伏发电单元其他设备，以及站区升压站、综合楼等建（构）筑物应采取直击雷防护措施，接闪器不应遮挡光伏组件。

（3）独立接闪器和泄流引下线应与地光伏发电方阵电气设备、线路保持足够的安全距离，应不小于3m。

（4）光伏方阵外围接闪针（线）宜设置独立的防雷地网，其他防雷接地宜与站内设施共用地网。

（5）人工垂直接地体的埋设间距宜不小于垂直接地体长度的两倍，受场地限制时可适当减小。

（6）人工接地体在土壤中的埋设深度不应小于0.5m，并宜敷设在当地冻土层以下。

（7）为防止雷电感应，要将整个光伏发电系统的所有金属物，包括电池组件外框、设备、机箱/ 机柜外壳、金属线管等与联合接地体等电位连接，并且做到各自独立接地。光伏发电系统等电位连接。

3 光伏系统接地的组成

光伏系统的接地保护分为防雷接地和电气接地。外部防雷接地设备主要有接闪器、引下线和接地装置；电气接地包括浪涌保护、组件边框接地、逆变器PE 接地和配电柜外壳接地。

接闪器包括接闪杆、接闪网和接闪带。为避免阴影投射到光伏组件上，接闪杆安装在组件阵列的北侧，家用项目可用光伏板金属支架做接闪器。接闪带与接闪杆不同，接闪杆是竖直向上的，只在根部和引下线相连，一般是明设；接闪带一般是水平或者倾斜铺设（依屋面或者地面斜度而定），至少两处（首尾）和引下线相连，可以是明设，也可以暗铺在房屋的混凝土内。接闪带以网状敷设，叫做接闪网。在需要安装接闪带的光伏项目中，网格尺寸一般按照第三类防雷建筑物进行计算设计；如果项目现场雷击概率较大，可以按照第二类防雷建筑物进行计算设计。

采用接闪网进行防雷保护时，要求引下线上端与接闪器可靠焊接，下端与建筑物基础底盘钢筋焊接为一体。引下线宜优先采用直径≥8mm 的圆钢。接地装置宜采用热镀锌钢材，其规格一般为直径50mm 的钢管，壁厚不小于3.5mm，长度一般为1.5～2.5m。

需要注意的是，接地极的埋设深度不小于0.5m；连接焊接过的部位要重新做防腐防锈处理；土质疏松还要夯实土壤，当土壤阻值达不到要求时，可以采用洒降阻剂或者木炭屑来降低接地阻抗。

4 光伏发电站防雷接地施工注意事项

无论是保护接零，还是保护接地，接地装置都是非常重要的。它是电气系统保护装置的根本保证，安装和运行中都必须符合接地装置的安全要求。接地装置的连接应采用焊接，且焊接必须牢固可靠，无虚焊、假焊。

（1）接至设备上的接地线，应用镀锌螺栓连接；有色金属接地线不能采用焊接时，可用螺栓连接。螺栓连接处的接触面应平整并镀锡处理；凡用螺栓连接的部位，应有防松装置，以保持良好接触的长久性。接地装置的焊接应采用搭接焊，其搭接长度必须符合以下规定：扁钢为其宽度的2 倍，且至少有3 个棱边焊接；圆钢为其直径的6 倍，且应在圆钢的接触部位双面焊接；圆钢与扁钢连接时，其长度为圆钢直径的6 倍，且应在圆钢接触部位的两面焊接；扁钢或圆钢与钢管、扁钢或圆钢与角钢焊接时，为了连接可靠，除应在其接触部位两侧进行焊接外，还要将扁钢或圆钢弯成弧形或直角与钢管或角钢焊接。

（2）利用建筑物的金属结构、混凝土结构的钢筋、生产用的钢结构架梁及配线用的钢管、金属管道等作为接地线时，应保证其为良好的电气通路。在伸缩缝、接头及串接部位焊接金属跨接线，且金属跨接线的截面积应符合要求。

（3）必须保证接地装置全线畅通并具有良好的导电性，不得有断裂、接触不良或接触电阻超标的现象。接地装置使用的材料必须有足够的机械强度，以免折断或裂开，且其导体截面应符合热稳定和机械强度的要求，大中型发电厂、110kV 及以上的变电所接地装置应适当加大截面。保护接零的保护线的导电能力不得低于相线的1/ 2。接地干线应在不同的两点及以上与接地网连接，自然接地体应在不同的两点及以上与接地干线或接地网连接，以保证导电的连续性及可靠性。大接地短路电流电网的接地装置，应校验其发生单相接地短路时的热稳定性，验证可否承受短路接地电流转换出来的热量，确保电路稳定而畅通。

（4）必须保证接地装置不受机械损伤，特别是明设的接地装置要有保护措施。与公路，铁路或管道等交叉及其他可能使装置遭受损伤处，均应用钢管或角钢等加以保护。接地线在穿过墙壁、楼板或引出地坪沿墙、沿杆、沿架敷处，均应加装钢管或角钢保护，并涂以15～0Omm 宽度相等的绿色和黄色相间的条纹，以示醒目注意保护。在跨越建筑物伸缩缝、沉降缝处时，应设置补偿装置。补偿装置可用接地线本身弯成弧状代替。

（5）必须保证装置不受有害物的侵蚀，一般均采用镀锌铁件，焊接处均涂以沥青漆防腐，并且回填土不得有较强的腐蚀性。对腐蚀性较强的土壤，除应将接地线镀锌或镀铜外，还应当增大地线的截面积。因高电阻率而采取化学处理的土壤，在埋设接地装置时，必须考虑化学物品是否对接地装置有腐蚀作用。

（6）必须保证地下埋设的接地装置与其他物体的允许最小距离。接地体与建筑物的距离不应小于1.5m；避雷针的接地装置与道路或建筑物的出人口及与墙的距离应大于3m；接地线沿建筑物墙壁水平敷设时，离地面一般为250～340mm，接地线与墙壁的间隙为10～15mm。垂直接地体的间距一般为其长度的2 倍，水平敷设时的间距一般为5m。接地装置的敷设，应远离易燃易爆介质的管道；低压接地装置与高压侧的接地装置应有足够大的距离，否则，中间应加沥青隔层。

（7）接地线必须并联使用，不得串联。

（8）接地装置的埋深一般应大于0.6m，且位于冻土层以下。

（9）接地电阻必须符合要求。