劉婧

摘 要：本文主要根據(jù)工程設(shè)計經(jīng)驗及相關(guān)規(guī)范，從從電氣主接線設(shè)計、防雷接地，電纜敷設(shè)等對光電站設(shè)計施工運行影響比較大幾個方面對光伏電站的電氣系統(tǒng)設(shè)計進行了探討。

關(guān)鍵詞：光伏；電站；電氣；系統(tǒng)；設(shè)計

近年來，國內(nèi)地面并網(wǎng)光伏電站發(fā)展十分迅速，為了保證光伏電站安全可靠運行，光伏電站中電氣系統(tǒng)的設(shè)計就顯得尤為重要，本文根據(jù)工程設(shè)計經(jīng)驗及相關(guān)規(guī)范，從電氣主接線設(shè)計、防雷接地，電纜敷設(shè)等對光電站設(shè)計施工運行影響比較大幾個方面對光伏電站的電氣系統(tǒng)設(shè)計進行了探討。

一、光伏電站電氣主接線設(shè)計

電氣主接線設(shè)計應(yīng)根據(jù)電站的裝機規(guī)模、電池陣列布置、接入系統(tǒng)方式、場站布置及設(shè)備特點等因素綜合考慮，使其能應(yīng)滿足供電可靠、運行靈活、接線簡明、便于操作檢修和節(jié)約投資的原則。當(dāng)光伏電站以35kV或更高等級升壓時，此時電站內(nèi)部接線存在1級或2級升壓情況，應(yīng)重點對所可能實施的主接線形式從技術(shù)，經(jīng)濟兩方面進行比較后確定。

光伏電站光站用電系統(tǒng)電壓采用0.38kV等級，站用電系統(tǒng)采用動力與照明網(wǎng)絡(luò)共用的中性點直接接地系統(tǒng)。當(dāng)經(jīng)濟技術(shù)合理時，站用電工作電源從外網(wǎng)引接，備用電源由光伏電站發(fā)電母線引接，兩路電源之間設(shè)置備用電源自動投入裝置。當(dāng)光伏電站規(guī)模較小時，電站占地面積也較小，逆變器區(qū)域負荷用電建議自站用電低壓配電裝置引接；而光伏電站規(guī)模較大，占地較大，考慮電纜壓降較大選取電纜截面較大，逆變器區(qū)域負荷用電建議由箱變低壓側(cè)引接，相鄰箱變可互為備用。

二、光伏電站的防雷接地設(shè)計

（一）光伏電站防雷

光伏電站的防雷是一個系統(tǒng)而且重要的工程，必須內(nèi)部、外部措施綜合考慮。工程的防雷設(shè)計應(yīng)本著遵循“整體防御、綜合治理、多重保護、層層設(shè)防”的方針，依據(jù)相關(guān)規(guī)程、規(guī)范，力求最大限度地避免由于雷擊造成重要設(shè)備損害。

雷擊造成的危害有很多形式，主要包括直擊雷擊、感應(yīng)雷擊和雷電反擊三種，在工程設(shè)計中，針對不同的建筑物和雷擊形式，采用不同的防護措施如下：

1.直擊雷防護

并網(wǎng)發(fā)電工程中，電池組件等光伏設(shè)備的布置區(qū)域廣泛、高度差別不大，如設(shè)置獨立避雷裝置，保護范圍有限，設(shè)置數(shù)量較多，會造成工程成本的增加，如果設(shè)置不當(dāng)還會出現(xiàn)遮擋太陽光線、影響發(fā)電效率的情況。根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定，光伏陣列屬于三類防雷建筑物，可采用將金屬構(gòu)件可靠連接接地的方式。所以對于光伏組件可采用把所有電池組件、方陣支架上的金屬構(gòu)件與站區(qū)內(nèi)的主接地網(wǎng)有效相連的方式，以達到防雷的目的。一旦出現(xiàn)直擊雷擊中電池組件的金屬框架，已預(yù)先設(shè)計好的接地通路就可將雷電流順利引入大地分散消除。而光伏電站建筑物則只需設(shè)置屋頂避雷帶即可。

2.感應(yīng)雷防護

感應(yīng)雷由靜電感應(yīng)產(chǎn)生，也可由電磁感應(yīng)產(chǎn)生，形成感應(yīng)雷電壓的機率很高，對建筑物內(nèi)的電子設(shè)備造成較大的威脅，光伏發(fā)電系統(tǒng)的防感應(yīng)雷工作重點是防止感應(yīng)雷由外界線路侵入室內(nèi)設(shè)備。入侵光伏系統(tǒng)的雷電過電壓過電流主要有以下兩個個途徑：1.由交流并網(wǎng)供電線路入侵。2.由光伏系統(tǒng)的組件方陣直流線路入侵。此時應(yīng)在光伏系統(tǒng)直流匯流箱、并網(wǎng)逆變器內(nèi)部的交，直流側(cè)設(shè)置防雷擊保護裝置對線路作直擊雷保護。在各箱變或開關(guān)柜進出線均設(shè)置無間隙金屬氧化鋅避雷器對感應(yīng)雷進行防護。

（二）光伏系統(tǒng)的接地

1.接地網(wǎng)的通常設(shè)計

光伏電站接地網(wǎng)采用以水平接地網(wǎng)為主，垂直接地極為輔主，邊緣閉合的方孔復(fù)合式接地網(wǎng)，水平接地極擬采用熱鍍鋅扁鋼，具體規(guī)格根據(jù)實際工程詳細設(shè)計，垂直接地極易采用？25，L=2.5m鍍鋅鋼管，并與水平敷設(shè)的扁鋼焊接連貫通，連接成網(wǎng)。建筑物屋頂避雷帶引下與主地網(wǎng)連接處，設(shè)置必要的垂直接地極，以保證沖擊電位時散流，為防止可能的繞擊、側(cè)擊和球雷等情況，建筑物的梁、柱鋼筋應(yīng)焊接成一體，作為自然接地體與主地網(wǎng)相連接。

2.接地網(wǎng)防腐設(shè)計

通過對電站接地裝置事故統(tǒng)計表明，接地裝置腐蝕是造成接地裝置事故的主要原因之一。電站接地裝置一般都采取防腐措施，但方法并不一致，對于不同的工程應(yīng)對這些防腐蝕措施進行比較分析，從而推薦出最佳防腐措施。

（1）接地裝置采用熱鍍鋅材料。采用熱鍍鋅扁鋼是多數(shù)變電站接地裝置采用的防腐措施，它主要利用高溫?zé)峤r所形成的鋅合金層本身的防腐特征。按照滿足熱穩(wěn)定要求的扁鋼最小截面計算，如無當(dāng)?shù)赝寥栏g率時，按已有工程經(jīng)驗考慮每年平均腐蝕0.1mm，截面還應(yīng)增加50%。

（2）接地裝置采用銅材。主要是考慮到變電站接地裝置的重要性和銅的耐腐蝕性和穩(wěn)定性。據(jù)資料介紹，銅腐蝕不存在點蝕，屬表面均勻腐蝕，銅在土壤中的腐蝕速度大約是鋼材的（1/5）～（1/10）。從防腐上來講銅接地網(wǎng)的防腐性能明顯優(yōu)于熱鍍鋅扁鋼，但從工程投資方面上考慮，采用銅接地網(wǎng)的投資成倍地高于熱鍍鋅扁鋼地網(wǎng)投資。

（3）陰極保護法。電站中采用埋入電位更負的活潑金屬與被保護金屬偶接，從而具有減緩或阻止腐蝕的作用。根據(jù)提供保護電流方式的不同，陰極保護法又可分為犧牲陽極和外加電流兩種。

三、光伏電站電纜敷設(shè)設(shè)計

平地光伏電站光伏陣列區(qū)域電纜宜采用直埋敷設(shè)，直埋電纜宜敷設(shè)至凍土之下，由于地面光伏電站大都在西北部，凍土很深，如果直埋則現(xiàn)場工程量則會很大且現(xiàn)場施工時往往不采用回填土。此時應(yīng)采用耐寒電纜，電纜長度留出裕量，為了防止電纜損傷由凍土層敷設(shè)至非凍土層時加穿一段電纜保護管。通過這樣的措施既能節(jié)省大量投資，又能保證電纜的安全運行。山地光伏電站光伏陣列區(qū)域電纜宜采用電纜橋架加直埋相結(jié)合的敷設(shè)方式，電纜橋架順地勢而敷設(shè)，高度不低于40公分，電纜橋架應(yīng)采用鍍鋅橋架或玻璃鋼橋架。

四、結(jié)束語

本文淺談了地面并網(wǎng)光伏電站電氣設(shè)計中一些需要關(guān)注的要點，并通過這幾年的設(shè)計經(jīng)驗的總終結(jié)中提出一些相對合理的設(shè)計方案。為廣大設(shè)計同仁提出了一點參考和建議。

參考文獻：

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