王媛媛 郭彬

(1.巴州氣象局防雷減災(zāi)辦公室,新疆庫(kù)爾勒 841000;2.新疆和碩縣氣象局,新疆和碩 841200)

淺談巴州地區(qū)并網(wǎng)光伏發(fā)電項(xiàng)目防雷設(shè)計(jì)

王媛媛1郭彬2

(1.巴州氣象局防雷減災(zāi)辦公室,新疆庫(kù)爾勒 841000;2.新疆和碩縣氣象局,新疆和碩 841200)

光伏發(fā)電項(xiàng)目作為新疆巴州地區(qū)的一項(xiàng)新興產(chǎn)業(yè),其孤立性質(zhì)使其遭受雷擊概率大大增加,如何做好光伏發(fā)電項(xiàng)目的防雷對(duì)其正常運(yùn)轉(zhuǎn)及避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失至關(guān)重要。本文淺談了并網(wǎng)光伏發(fā)電項(xiàng)目的防雷綜合設(shè)計(jì),根據(jù)巴州地區(qū)獨(dú)特的地質(zhì)條件提出防雷裝置的施工要點(diǎn)。

光伏發(fā)電 防雷 接地裝置

新疆巴州地區(qū)太陽(yáng)能資源豐富，太陽(yáng)能作為一種安全、清潔的能源，其優(yōu)勢(shì)日益凸顯。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2013年以來新疆巴州地區(qū)共投資建設(shè)光伏發(fā)電項(xiàng)目18個(gè)，單機(jī)容量最大為30MW，部分項(xiàng)目?jī)H為一期工程，今后光伏發(fā)電項(xiàng)目在巴州地區(qū)仍有很大發(fā)展空間。由于光伏發(fā)電項(xiàng)目多處于空曠地帶，對(duì)流性天氣時(shí)有發(fā)生，因地制宜地做好防雷保護(hù)對(duì)項(xiàng)目正常運(yùn)轉(zhuǎn)極其重要。目前，國(guó)內(nèi)沒有出臺(tái)明確的大型光伏發(fā)電項(xiàng)目防雷設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的防雷與一般建筑物的防雷既有區(qū)別又有聯(lián)系，因此要結(jié)合其特點(diǎn)來合理設(shè)計(jì)可靠的防雷方案。

1 光伏發(fā)電項(xiàng)目獨(dú)特性

典型的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能電池板、控制器、蓄電池組、逆變器組成[1]。巴州地區(qū)出現(xiàn)的光伏發(fā)電項(xiàng)目中設(shè)備機(jī)房及光伏陣列單元高度均不超過8米，如果按照《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50057-2010)對(duì)光伏發(fā)電項(xiàng)目進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)，依照規(guī)范可以不考慮防直擊雷措施。如果按照電力系統(tǒng)的相關(guān)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，很難得出一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)論。

新疆巴州地區(qū)山地面積22.5萬平方公里，占全州總面積的47.7%；平原總面積24.65萬平方公里，占52.3%；其中戈壁沙漠14.3萬平方公里，占30.3%。據(jù)實(shí)地勘測(cè)，巴州地區(qū)光伏發(fā)電項(xiàng)目多位于戈壁荒地，地表植被稀疏。

2 光伏發(fā)電項(xiàng)目的雷電防護(hù)措施

巴州地區(qū)光伏發(fā)電項(xiàng)目完整的雷電防護(hù)方案包括直擊雷防護(hù)、雷電波侵入防護(hù)以及可靠的接地系統(tǒng)。

2.1 直擊雷防護(hù)

光伏廠區(qū)的主控室、綜合室、SVG室多為不超過兩層的建(構(gòu))筑物，由于光伏發(fā)電項(xiàng)目均處于空曠地帶，孤立建筑物遭受雷擊概率增大，即使以上建筑物達(dá)不到三類防雷要求，也建議設(shè)計(jì)接閃帶或接閃網(wǎng)格進(jìn)行直擊雷防護(hù)。

目前在巴州地區(qū)出現(xiàn)的光伏發(fā)電項(xiàng)目均有35KV升壓站，在35KV升壓站處設(shè)置獨(dú)立接閃桿，具體的高度以實(shí)際情況為準(zhǔn)，通過滾球法確定接閃器的保護(hù)范圍[2]。變壓器若已在接閃桿的保護(hù)范圍內(nèi)，可不另設(shè)防直擊雷防護(hù)措施。

注意保持光伏支架和獨(dú)立接閃桿之間的相隔距離，考慮到接閃桿高度有可能造成光伏組件的陰影面，則接閃桿安裝宜靠邊安裝。

2.2 雷電波侵入防護(hù)

在每個(gè)光伏陣列匯流箱中安裝SPD。當(dāng)某一串列遭受雷擊侵害時(shí)，可降低其他串列的過電壓，進(jìn)而降低雷電波對(duì)后續(xù)設(shè)備的影響[3]。直流配電設(shè)備及逆變?cè)O(shè)備大多設(shè)在室內(nèi)或者就地安裝的金屬柜中，將大幅降低雷電直擊設(shè)備的危險(xiǎn)，需重點(diǎn)防護(hù)雷電過電壓，因此還需在直流配電后、逆變?cè)O(shè)備前裝SPD。在升壓設(shè)備前及室外進(jìn)入線路在進(jìn)出建筑處均需裝設(shè)適配的浪涌保護(hù)器。

2.3 接地系統(tǒng)

無論是對(duì)直擊雷的防護(hù)，還是對(duì)雷電過電壓和雷電電泳的防護(hù)，總是要把雷電流傳導(dǎo)入地，沒有良好的接地裝置，各種防雷措施就不能發(fā)揮令人滿意的保護(hù)作用，接地裝置的性能將直接決定著防雷保護(hù)措施的實(shí)際效果[4]。

2.3.1 光伏陣列區(qū)及獨(dú)立接閃桿的接地

(1)地面電站的接地系統(tǒng)采用綜合接地，采用人工接地極，每隔一定距離用2.5m長(zhǎng)的5號(hào)角鋼作為垂直接地體，每個(gè)人工接地極間距不小于5米角鋼之間采用50*5的熱鍍鋅扁鋼作為水平接地體，要求接地電阻均小于4歐姆，施工時(shí)實(shí)測(cè)，如不滿足要求，則繼續(xù)增打人工接地極至滿足要求為止。(2)為保證人身安全，所有電氣設(shè)備(組件、箱柜、逆變器等)外殼都應(yīng)接至專設(shè)的接地干線。組件接地孔用BVR線與鋼支架橫梁進(jìn)行可靠連接(連接處需做防腐處理)，不同陣列間鋼支架采用50*5的熱鍍鋅扁鋼可靠連接，且接至整個(gè)接地系統(tǒng)。在光伏陣列外圍防護(hù)欄桿顯著位置上懸掛帶電警告標(biāo)示牌。(3)接閃桿宜設(shè)置獨(dú)立的接地裝置，其接地電阻不大于10歐姆。施工結(jié)束后，應(yīng)實(shí)測(cè)接閃桿接地電阻，若大于規(guī)程規(guī)定的10歐姆，則應(yīng)與主網(wǎng)兩點(diǎn)可靠連接且接閃桿與主接地網(wǎng)的地下連接點(diǎn)至變壓器或35KV及以下設(shè)備與主接地網(wǎng)的地下連接點(diǎn)之間，沿接地體的長(zhǎng)度不得小于15米。

2.3.2 主控室、綜合室等接地系統(tǒng)

(1)工程防雷接地、電氣設(shè)備的保護(hù)接地共用統(tǒng)一接地極，要求接地電阻不大于4歐姆，實(shí)測(cè)不滿足要求時(shí)，應(yīng)增設(shè)人工接地極。接地體為圍繞建筑物敷設(shè)成環(huán)形接地體，接地體離建筑物距離不小于1.5米，應(yīng)躲過土建散水坡。水平接地體埋深1米，埋在凍土層以下。當(dāng)接地體通過基礎(chǔ)或電纜溝時(shí)，不應(yīng)被截?cái)?，?yīng)從基礎(chǔ)或電纜溝的底部穿過，當(dāng)主接地體與電纜溝相交時(shí)，其電纜溝中的接地體要與主接地體連接。(2)所有接地材料要求熱鍍鋅處理，現(xiàn)場(chǎng)焊口也應(yīng)做防腐處理(涂防腐涂料)。室內(nèi)接地扁鋼距室內(nèi)地面250mm在抹面以內(nèi)沿墻敷設(shè)。所有明敷的接地線均應(yīng)刷15-100mm寬度相等的黃綠相間的條紋。(3)凡正常不帶電，而當(dāng)絕緣破壞有可能呈現(xiàn)電壓的一切電氣設(shè)備外殼應(yīng)可靠接地。采用總等電位聯(lián)結(jié)，將建筑物各種金屬管道、金屬構(gòu)件進(jìn)行聯(lián)結(jié)，進(jìn)出總等電位聯(lián)結(jié)均采用各種型號(hào)等電位卡子，不應(yīng)在金屬管上焊接。(4)屋內(nèi)的接地干線通過墻壁或樓板時(shí)，應(yīng)以鋼管保護(hù)，接地線應(yīng)采取防止發(fā)生機(jī)械損傷和化學(xué)腐蝕的措施。

2.4 巴州地區(qū)接地的特殊要求

(1)巴州地區(qū)地域面積跨度大，土質(zhì)結(jié)構(gòu)也相差很大，如南部尉犁縣域內(nèi)土壤含鹽堿量高，砂石較少，土質(zhì)多為中亞硫酸鹽漬土，對(duì)鋼筋具有中等腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具有弱腐蝕性，施工過程中應(yīng)注意接地體的防腐。北部和靜縣域內(nèi)土壤所含粗砂及卵石較多，土壤電阻率實(shí)測(cè)值較大，通常達(dá)到500Ω·m甚至上千。光伏發(fā)電項(xiàng)目需有側(cè)重性地做好接地裝置。(2)接地裝置的施工應(yīng)與土建施工、下水道施工、水管道施工、電纜溝道及電纜設(shè)施施工等密切配合，并在施工過程中跟蹤檢測(cè)驗(yàn)收接地系統(tǒng)。

3 結(jié)語(yǔ)

光伏發(fā)電項(xiàng)目系統(tǒng)復(fù)雜，且地處環(huán)境空曠。目前，部分企業(yè)存在防雷意識(shí)薄弱的現(xiàn)象，為了盡快并網(wǎng)發(fā)電，不斷趕工期，光伏陣列區(qū)的接地裝置草草埋設(shè)，其深度和焊接防腐等均達(dá)不到規(guī)范要求，存在一定的雷擊風(fēng)險(xiǎn)。在項(xiàng)目竣工驗(yàn)收及定期檢測(cè)時(shí)，需著重對(duì)隱蔽工程及室外構(gòu)筑物的防雷設(shè)施進(jìn)行檢查，只有這樣才能最大限度地發(fā)揮防雷設(shè)施的作用，提高防雷裝置的安全性和可靠性。

[1]趙爭(zhēng)鳴,劉建政,孫小英等.太陽(yáng)能光伏發(fā)電及其應(yīng)用[J].科學(xué)出版社,2005.

[2]林維勇,等.GB50057-2010建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范[J].中國(guó)計(jì)劃出版社,2010.

[3]譚進(jìn),曾祥學(xué),等.光伏系統(tǒng)雷電防護(hù)措施研究[J].水電能源科學(xué),2012.

[4]肖穩(wěn)安,張小青.雷電與防護(hù)技術(shù)基礎(chǔ)[J].氣象出版社,2006.