阿拉善盟雷电灾害对光伏电站的影响与雷电防御措施

李天凯

摘要 阿拉善盟位于内蒙古自治区最西部，地理坐标介于97°10′～106°53′E，37°24′～42°47′N之间。辖区东西长831 km，南北宽598 km，总面积约为27万km2，占内蒙古自治区总面积的22.8%。旨在研究阿拉善盟地区雷电灾害对光伏电站的影响，并提出相应的雷电防御措施。通过分析雷电灾害可能引发的火灾风险、电气设备受损和故障、光伏电池组件受损和损失、电网连接中断等问题，有针对性地提出了防火、电气设备保护、光伏电池组件保护以及电网连接恢复和备用电源等方面的防御措施。同时，强调监测和预警系统的重要性，以及教育与培训的必要性，确保光伏电站能够高效、安全地应对雷电灾害。

关键词 阿拉善盟；雷电灾害；光伏电站

中图分类号：S761.5 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2023）12–0-03

Impact of Lightning Disasters on Photovoltaic Power Stations in Alxa League and Lightning Prevention Measures

Li Tian-kai （Meteorological Bureau of Alxa League， Alxa， Inner Mongolia 750300）

Abstract Alxa League was located in the westernmost part of Inner Mongolia Autonomous Region， with geographical coordinates ranging from 97°10′～106°53′E， 37°24′～42°47′N. The jurisdiction was 831 kilometers long from east to west and 598 kilometers wide from north to south， with a total area of approximately 270 000 square kilometers， accounting for 22.8% of the total area of Inner Mongolia Autonomous Region. This article aims to study the impact of lightning disasters on photovoltaic power stations in the Alashan League region and propose corresponding lightning prevention measures. By analyzing the potential fire risks， electrical equipment damage and failure， photovoltaic cell module damage and loss， and grid connection interruption caused by lightning disasters， targeted defense measures have been proposed in terms of fire prevention， electrical equipment protection， photovoltaic cell module protection， grid connection restoration， and backup power supply. At the same time， the importance of monitoring and early warning systems， as well as the necessity of education and training， were emphasized to ensure that photovoltaic power plants can efficiently and safely respond to lightning disasters.

Key words Alxa League; Lightning disasters; hotovoltaic power station

作为一种清洁能源发电方式，光伏电站正逐渐在全球范围内得到广泛应用。然而，在一些雷电活跃的地区，如中国的阿拉善盟地区，雷电灾害成为光伏电站运行中不可忽视的风险因素[1]。雷电灾害不仅可能引发火灾风险，还会对电气设备、光伏电池组件造成损坏，以及中断电网连接。因此，采取有效的雷电防御措施对保障光伏电站的安全运行至关重要。將深入研究阿拉善盟地区雷电灾害对光伏电站的影响，并提出相应的雷电防御措施。通过分析已有的相关研究和实际案例，探讨了火灾风险防范、电气设备保护、光伏电池组件保护以及电网连接恢复和备用电源等方面的防御措施，为阿拉善盟地区光伏电站的管理者和运营人员提供有关雷电防御的详细指导，以确保光伏电站能够高效、安全地应对雷电灾害的挑战[2。此外，还可为其他雷电活跃地区的光伏电站提供参考，推动光伏电站在雷电防御方面的改进。

1 雷电灾害

1.1 雷电灾害的危害

雷电灾害是自然界中常见的天气现象之一，但其对人类生活和设施造成的危害不可忽视。第一，雷电能够产生强大的电流和电压，在遭受雷击时，人们可能会因为电击而受伤甚至死亡。每年都有许多人因雷击而受伤或死亡。第二，雷电引发的火灾是一种常见的灾害，尤其是在高风险地区，如森林、干草堆和建筑物等。雷电可以点燃易燃物质，导致大面积火灾，给人们的生命和财产带来巨大损失。此外，雷电具有强大的电磁辐射和电磁脉冲，容易损坏电力系统和电子设备。例如，雷电可能导致电力线路中断、变压器损坏和计算机系统崩溃等问题，给工业生产和通信网络带来严重影响。第三，雷电能够直接打击建筑物和其他基础设施，如高塔、桥梁、通信塔等。雷击可能导致建筑物结构受损、设备瘫痪和安全隐患，给城市发展和人们的日常生活带来困扰[3]。

1.2 防雷电的重要性

面对雷电灾害的危害，防雷电显得尤为重要。通过采取合适的雷电防护措施，如安装接闪杆、接闪带、接闪网等，可以降低雷电对人们的伤害风险，提供更加安全的居住和工作环境。合理的雷电防护措施可以有效预防雷电引发的火灾，减少火灾事故发生的可能性，保护人们的生命财产安全。雷电防护措施可以降低雷电对电力系统和电子设备造成的损害，延长设备的使用寿命，提高生产效率和通信网络的稳定性。科学的雷电防护措施可以减少建筑物结构受损和基础设施损毁的风险，保护城市发展和人们的生活环境。防雷电对人身安全、火灾预防、电气设备保护和建筑物基础设施维护都具有重要意义。通过采取科学有效的雷电防护措施，可以最大限度地减少雷电灾害带来的危害，确保人们的安全和生活质量[3]。

2 光伏电站

光伏电站是利用太阳能将光能转化为电能的设施，它由大量的光伏组件（也称为太阳能电池板）组成，这些组件将太阳光中的光子吸收并产生电荷。通过连接和组织这些光伏组件，可以实现对太阳能的集中转换和发电。光伏电站通常建立在较大面积的土地上，或者安装在屋顶、立面等建筑物表面。它们可以是独立式的，即没有与电网连接，并将所产生的电能自给自足，也可以是并网式的，即与电网连接，将所产生的电能输送至电网中供其他用户使用。大型光伏电站通常由数千甚至数百万个光伏组件组成，可以提供大量的电力供应。光伏电站具有清洁、可再生、无排放的特点，使其成为可持续发展和应对气候变化的重要能源解决方案之一。在全球范围内，光伏电站的安装和使用已经得到广泛推广，并在能源领域起着越来越重要的作用[4]。

3 阿拉善盟雷电灾害

阿拉善盟位于中国内蒙古自治区，是一个雷电活跃的地区。由于地处高原草甸和沙漠地带，气候干燥且缺少遮蔽物，使得该地区成为雷电活动频繁的区域之一。阿拉善盟雷电灾害对当地居民、农牧业生产、基础设施和光伏电站等造成了严重影响。阿拉善盟雷电活动频繁，每年雷暴天数较多，雷电暴发频率较高。增加了雷电灾害的风险。在地区的干旱气候和大量易燃物质（如干草堆）存在的情况下，雷电引发的火灾风险较高。雷电会导致电力线路中断、变压器故障和其他电气设备损坏，给当地的电力供应带来困扰。阿拉善盟的房屋、农牧业设施、电信塔等建筑物和基础设施容易受到雷电的影响，导致其结构受损和功能中断。在面对阿拉善盟雷电灾害时，采取合适的雷电防护措施至关重要，包括安装接闪杆、接闪带、接闪网等防雷设备，规范电力系统的接地和保护措施，定期维护和检查设备，以确保其正常运行，并建立灾害预警系统，提前通知人们采取相应的防护措施。此外，加强公众的雷电灾害教育和培训也是降低灾害风险的重要手段。通过科学有效的雷电防护和综合管理措施，可以最大限度地减少阿拉善盟雷电灾害对人们生活和经济的影响，保障当地的生产安全和可持续发展[5]。

4 阿拉善盟雷电灾害对光伏电站的影响

4.1 雷电引发的火灾风险

雷电引发的火灾风险是一种常见的灾害，尤其是在干燥和易燃物质较多的地区。雷电产生的强电流和电压可以产生高温火花，当这些火花接触到容易燃烧的物质时，可能引发火灾。例如，雷电可能点燃树木、草地、干草堆等自然环境中的易燃物质。雷电通常伴随着大气层的电离和空中放电现象，空中放电会产生闪光和电弧，如果靠近可燃物体，可能引发火灾。雷电可能引发建筑物、油罐、储存设施等方面的火灾。雷电引发的火灾可能会迅速蔓延，并造成更大的火灾事故。尤其是在干燥和燃烧条件良好的环境下，火势可以快速扩展，严重威胁人们的生命财产。雷电产生的电磁脉冲和过电压可能导致电气设备故障，进而引发火灾。例如，变压器、电线、插座等设備在雷击中可能受损并引发火灾[6]。

4.2 光伏电池组件受损和损失

雷电灾害对光伏电池组件的损坏是一种常见的情况。当雷电直接击中光伏电池组件时，可能导致组件的破裂、碎片飞散或损坏，甚至导致组件无法正常工作或完全失效。雷电产生的火花可能点燃光伏电池组件上的可燃物质，如背板材料或密封胶等，可能引发火灾并导致组件丧失功能。雷电带来的过电压可能对光伏电池组件的电气性能产生不利影响。过高的电压可能使组件内部元件受损，降低其发电效率甚至引发故障。雷电产生的强大电磁脉冲也可能损坏光伏电池组件。这些脉冲可能损坏组件内部电子元件，影响发电性能。

4.3 电气设备受损和故障

雷电灾害对光伏电气设备可能造成雷电可能直接击中光伏电气设备，造成设备损坏或烧毁。雷电的电涌和电磁干扰可能影响光伏电气设备的正常运行。电涌可能会损坏设备或烧毁电路，电磁干扰可能导致设备传输信号中断或产生误差。雷电引起的大地电位变化可能干扰光伏电气设备的接地系统，从而影响设备的正常工作。雷电的高电压和电流可能破坏光伏电气设备的绝缘功能，从而导致设备短路或电路中断。若光伏电气设备的接闪装置引导效果不理想，雷电可能直接击中设备，损坏或烧毁设备。

4.4 电网连接中断和电力损失

当雷电灾害发生时，可能会中断电网连接或造成电力损失。这些影响取决于雷电引发的故障类型、电力系统的抗打击能力以及应急措施的有效性等因素。雷电击中电力线路或电线杆时，可能导致线路中断。当电力线路中断时，受影响区域内的供电将被切断，用户将无法正常使用电力。修复线路并恢复供电需要时间和人力资源。雷电产生的强电流和电压可能会对变压器造成损坏或过载。变压器是电力系统的关键设备，若受到雷电冲击，可能导致变压器发生短路、漏油或烧毁等故障。当变压器发生故障时，供电能力将受到限制或中断，从而导致电力损失。雷电产生的电磁脉冲和过电压可能会损坏电力设备。例如，开关设备、配电设备和电缆等可能受到雷电影响，导致其功能下降甚至完全失效。这些设备的故障将影响电力系统的运行稳定性和可靠性。由于雷电引发的中断和设备故障，电力系统可能无法将电能有效地输送至用户端，导致供电不稳定或中断。电力供应的不可靠性会对居民、企业和公共服务等方面产生负面影响。

5 雷电防御措施

5.1 火灾风险防范

为了有效应对因雷电灾害引发火灾风险，光伏电站需要在周边安装合适的接闪装置，吸引和泄放雷电流，降低直接击中光伏电池组件和其他设备的风险。选择具有较强阻燃性能的背板材料和密封胶等材料，降低火灾风险。确保所有使用的材料符合相关的防火标准。确保工作人员了解并遵守相关安全操作规程，包括禁止在光伏电站周围吸烟、禁止堆放易燃物品等。正确使用和存放电池组件、电线和电缆，减少电气故障的可能性。定期检查光伏电池组件、电缆、连接器和其他设备的状态，及时发现潜在问题并进行修复。确保设备的正常运行，降低火灾风险。建立火灾预警系统，包括烟雾报警器、火焰探测器和温度监测装置等。及时发现火灾迹象，以便迅速采取措施进行扑救和疏散人员。制定应急计划，明确各个责任人的职责，包括火灾扑救、紧急疏散和通知相关部门等。定期组织演练，验证计划的有效性并培训员工的火灾应对能力。增强员工的防火意识，提高他们对火灾风险的认识。开展防火宣传和培训活动，告知员工如何正确使用电力设备，避免火灾事故的发生。通过采取这些防范措施，可以减少雷电灾害对光伏电站火灾风险的影响。光伏电站管理者和工作人员需要密切关注雷电风险，并采取适当的预防和应对措施，确保光伏电站的安全运行和人员的生命财产安全。

5.2 光伏电池组件保护

为了减少雷电灾害对光伏电池组件的影响，在光伏电站周围安装接闪杆、接闪带、接闪网等防护装置，吸引和泄放雷电流，降低直接击中组件的风险。加强光伏电气设备的绝缘，确保设备具备良好的绝缘性能，减少雷电灾害对设备的影响。建立良好的地面接地系统可以分散和消除过电压，保护光伏电池组件避免电气损害。采取防火措施，如选择阻燃材料作为背板材料、使用防火密封胶等，以降低火灾风险。合理布局光伏电气设备，避免设备之间距离太近，降低雷电传导的风险。安装合适的电气保护装置，如避雷器、过电压保护器等，限制过电压对光伏电池组件的影响。选择具备较强抗雷能力和可靠性的光伏电气设备，降低因雷电灾害而造成的设备损坏和故障的概率。定期检查和维护光伏电池组件，及时发现潜在的问题并进行修复，确保其正常运行并减少损失。通过采取上述防御措施，可以减少雷电灾害对光伏电池组件的损坏。

5.3 电气设备保护

为了应对雷电灾害对电网连接中断和电力损失的风险，在电力系统规划和设计时，考虑雷电防护装置的选用和合理布置，确保系统具有一定的抗雷电能力。在电力系统中安装合适的接闪杆、接闪带、接闪网等防护装置，吸引和泄放雷电流，降低直接打击设备的风险。安装过电压保护器，限制过电压对电力设备的影响，并确保其在安全范围内运行。建立良好的地面接地系统可以分散或消除过电压，保护电力设备免受雷电击中的影响。制定雷电灾害的应急预案，包括应急修复措施、备用电源配置和事故处理流程等，迅速恢复供电。定期检查和维护电力设备，及时发现潜在问题并进行修复，确保设备的正常运行和可靠性。增强对雷电活动的监测和预警能力，应用先进的雷电监测系统和预警技术，提前预防和减轻雷电灾害带来的影响。通过综合应对措施，降低雷电灾害对电网连接中断和电力损失的风险，确保电力系统的稳定供应和满足用户需求。

5.4 电网连接恢复和备用电源

为了保障电网连接的恢复和备用电源的稳定供应，可以在电力系统中安装合适的接闪杆、接闪带、接闪网等防护装置，以吸引和泄放雷电流，降低直接击中电网连接设备和备用电源设备的风险。建立良好的地面接地系统，将过电压分散到地面，减少对设备的影响。确保接地系统的良好连接，并进行定期检查与维护。采取防火措施，如选择阻燃材料作为设备外壳和背板材料，使用防火密封胶等，降低雷电引发的火灾风险。安装合适的过电压保护器，限制过电压对电网连接设备和备用电源设备的影响。确保过电压保护装置的选型和配置符合相关标准和要求。为电网连接和备用电源设备建立备份系统，确保在主系统受到雷电影响时有备用设备能够及时接管供电。应定期检查和测试备用系统，以确保其可靠性。定期检查和维护电网连接设备和备用电源设备，及时发现潜在的问题并予以修复，包括清洁、紧固连接器、更换老化部件等。制定雷电灾害的应急预案，明确各个责任人的职责和行动步骤。预案应包括疏散、供电恢复和紧急通信等方面，以应对不同情况下的雷电灾害。及时获取雷电信息，以便采取必要的防护措施和应急响应。通过采取上述雷电防护措施，可以减少雷电灾害对电网连接恢复和备用电源的影响。

6 结束语

随着现代科学技术的迅速发展，光伏发电系统利用太阳能自然资源满足人们日常的生活需要。尽管光伏发电系统应用范围比较广泛，但是依然存在着隐患，就是雷击的安全问题。由于发电系统自身的特殊性，很容易遭受雷击，一旦遭受雷击将会带来极大的损失，因此，采取有效的防雷击措施是非常有必要的，保证光伏发电系统的正常运行。

参考文献

[1] 罗鹏.雷电灾害对光伏发电系统的影响及防雷检测方法研究[J].农业灾害研究，2023，13（3）：172-174.

[2] 杨磊，谭涌波，强玉华，等.太阳能光伏发电系统雷电灾害及防御分析[J].高压电器，2015，51（6）：62-67.

[3] 窦志鹏.光伏发电系统雷电危害及防护研究[D].南京：南京信息工程大学，2019.

[4] 张明军.雷击对光伏发电系统的危害及防范[J].农村电工，2019，27（1）：38.

[5] 马力.光伏电站雷电灾害预警及风险评估[J].通信电源技术，2019，36（7）：270-271.

[6] 李新豫.阿勒泰地區雷电灾害特征分析及防御措施[J].农业与技术，2019，39 （13）：148-149.