李天凱

摘要 阿拉善盟位于內(nèi)蒙古自治區(qū)最西部，地理坐標介于97°10′～106°53′E，37°24′～42°47′N之間。轄區(qū)東西長831 km，南北寬598 km，總面積約為27萬km2，占內(nèi)蒙古自治區(qū)總面積的22.8%。旨在研究阿拉善盟地區(qū)雷電災害對光伏電站的影響，并提出相應的雷電防御措施。通過分析雷電災害可能引發(fā)的火災風險、電氣設備受損和故障、光伏電池組件受損和損失、電網(wǎng)連接中斷等問題，有針對性地提出了防火、電氣設備保護、光伏電池組件保護以及電網(wǎng)連接恢復和備用電源等方面的防御措施。同時，強調(diào)監(jiān)測和預警系統(tǒng)的重要性，以及教育與培訓的必要性，確保光伏電站能夠高效、安全地應對雷電災害。

關鍵詞 阿拉善盟；雷電災害；光伏電站

中圖分類號：S761.5 文獻標識碼：B 文章編號：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

作為一種清潔能源發(fā)電方式，光伏電站正逐漸在全球范圍內(nèi)得到廣泛應用。然而，在一些雷電活躍的地區(qū)，如中國的阿拉善盟地區(qū)，雷電災害成為光伏電站運行中不可忽視的風險因素[1]。雷電災害不僅可能引發(fā)火災風險，還會對電氣設備、光伏電池組件造成損壞，以及中斷電網(wǎng)連接。因此，采取有效的雷電防御措施對保障光伏電站的安全運行至關重要。將深入研究阿拉善盟地區(qū)雷電災害對光伏電站的影響，并提出相應的雷電防御措施。通過分析已有的相關研究和實際案例，探討了火災風險防范、電氣設備保護、光伏電池組件保護以及電網(wǎng)連接恢復和備用電源等方面的防御措施，為阿拉善盟地區(qū)光伏電站的管理者和運營人員提供有關雷電防御的詳細指導，以確保光伏電站能夠高效、安全地應對雷電災害的挑戰(zhàn)[2。此外，還可為其他雷電活躍地區(qū)的光伏電站提供參考，推動光伏電站在雷電防御方面的改進。

1 雷電災害

1.1 雷電災害的危害

雷電災害是自然界中常見的天氣現(xiàn)象之一，但其對人類生活和設施造成的危害不可忽視。第一，雷電能夠產(chǎn)生強大的電流和電壓，在遭受雷擊時，人們可能會因為電擊而受傷甚至死亡。每年都有許多人因雷擊而受傷或死亡。第二，雷電引發(fā)的火災是一種常見的災害，尤其是在高風險地區(qū)，如森林、干草堆和建筑物等。雷電可以點燃易燃物質(zhì)，導致大面積火災，給人們的生命和財產(chǎn)帶來巨大損失。此外，雷電具有強大的電磁輻射和電磁脈沖，容易損壞電力系統(tǒng)和電子設備。例如，雷電可能導致電力線路中斷、變壓器損壞和計算機系統(tǒng)崩潰等問題，給工業(yè)生產(chǎn)和通信網(wǎng)絡帶來嚴重影響。第三，雷電能夠直接打擊建筑物和其他基礎設施，如高塔、橋梁、通信塔等。雷擊可能導致建筑物結構受損、設備癱瘓和安全隱患，給城市發(fā)展和人們的日常生活帶來困擾[3]。

1.2 防雷電的重要性

面對雷電災害的危害，防雷電顯得尤為重要。通過采取合適的雷電防護措施，如安裝接閃桿、接閃帶、接閃網(wǎng)等，可以降低雷電對人們的傷害風險，提供更加安全的居住和工作環(huán)境。合理的雷電防護措施可以有效預防雷電引發(fā)的火災，減少火災事故發(fā)生的可能性，保護人們的生命財產(chǎn)安全。雷電防護措施可以降低雷電對電力系統(tǒng)和電子設備造成的損害，延長設備的使用壽命，提高生產(chǎn)效率和通信網(wǎng)絡的穩(wěn)定性。科學的雷電防護措施可以減少建筑物結構受損和基礎設施損毀的風險，保護城市發(fā)展和人們的生活環(huán)境。防雷電對人身安全、火災預防、電氣設備保護和建筑物基礎設施維護都具有重要意義。通過采取科學有效的雷電防護措施，可以最大限度地減少雷電災害帶來的危害，確保人們的安全和生活質(zhì)量[3]。

2 光伏電站

光伏電站是利用太陽能將光能轉化為電能的設施，它由大量的光伏組件（也稱為太陽能電池板）組成，這些組件將太陽光中的光子吸收并產(chǎn)生電荷。通過連接和組織這些光伏組件，可以實現(xiàn)對太陽能的集中轉換和發(fā)電。光伏電站通常建立在較大面積的土地上，或者安裝在屋頂、立面等建筑物表面。它們可以是獨立式的，即沒有與電網(wǎng)連接，并將所產(chǎn)生的電能自給自足，也可以是并網(wǎng)式的，即與電網(wǎng)連接，將所產(chǎn)生的電能輸送至電網(wǎng)中供其他用戶使用。大型光伏電站通常由數(shù)千甚至數(shù)百萬個光伏組件組成，可以提供大量的電力供應。光伏電站具有清潔、可再生、無排放的特點，使其成為可持續(xù)發(fā)展和應對氣候變化的重要能源解決方案之一。在全球范圍內(nèi)，光伏電站的安裝和使用已經(jīng)得到廣泛推廣，并在能源領域起著越來越重要的作用[4]。

3 阿拉善盟雷電災害

阿拉善盟位于中國內(nèi)蒙古自治區(qū)，是一個雷電活躍的地區(qū)。由于地處高原草甸和沙漠地帶，氣候干燥且缺少遮蔽物，使得該地區(qū)成為雷電活動頻繁的區(qū)域之一。阿拉善盟雷電災害對當?shù)鼐用?、農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)、基礎設施和光伏電站等造成了嚴重影響。阿拉善盟雷電活動頻繁，每年雷暴天數(shù)較多，雷電暴發(fā)頻率較高。增加了雷電災害的風險。在地區(qū)的干旱氣候和大量易燃物質(zhì)（如干草堆）存在的情況下，雷電引發(fā)的火災風險較高。雷電會導致電力線路中斷、變壓器故障和其他電氣設備損壞，給當?shù)氐碾娏獛砝_。阿拉善盟的房屋、農(nóng)牧業(yè)設施、電信塔等建筑物和基礎設施容易受到雷電的影響，導致其結構受損和功能中斷。在面對阿拉善盟雷電災害時，采取合適的雷電防護措施至關重要，包括安裝接閃桿、接閃帶、接閃網(wǎng)等防雷設備，規(guī)范電力系統(tǒng)的接地和保護措施，定期維護和檢查設備，以確保其正常運行，并建立災害預警系統(tǒng)，提前通知人們采取相應的防護措施。此外，加強公眾的雷電災害教育和培訓也是降低災害風險的重要手段。通過科學有效的雷電防護和綜合管理措施，可以最大限度地減少阿拉善盟雷電災害對人們生活和經(jīng)濟的影響，保障當?shù)氐纳a(chǎn)安全和可持續(xù)發(fā)展[5]。

4 阿拉善盟雷電災害對光伏電站的影響

4.1 雷電引發(fā)的火災風險

雷電引發(fā)的火災風險是一種常見的災害，尤其是在干燥和易燃物質(zhì)較多的地區(qū)。雷電產(chǎn)生的強電流和電壓可以產(chǎn)生高溫火花，當這些火花接觸到容易燃燒的物質(zhì)時，可能引發(fā)火災。例如，雷電可能點燃樹木、草地、干草堆等自然環(huán)境中的易燃物質(zhì)。雷電通常伴隨著大氣層的電離和空中放電現(xiàn)象，空中放電會產(chǎn)生閃光和電弧，如果靠近可燃物體，可能引發(fā)火災。雷電可能引發(fā)建筑物、油罐、儲存設施等方面的火災。雷電引發(fā)的火災可能會迅速蔓延，并造成更大的火災事故。尤其是在干燥和燃燒條件良好的環(huán)境下，火勢可以快速擴展，嚴重威脅人們的生命財產(chǎn)。雷電產(chǎn)生的電磁脈沖和過電壓可能導致電氣設備故障，進而引發(fā)火災。例如，變壓器、電線、插座等設備在雷擊中可能受損并引發(fā)火災[6]。

4.2 光伏電池組件受損和損失

雷電災害對光伏電池組件的損壞是一種常見的情況。當雷電直接擊中光伏電池組件時，可能導致組件的破裂、碎片飛散或損壞，甚至導致組件無法正常工作或完全失效。雷電產(chǎn)生的火花可能點燃光伏電池組件上的可燃物質(zhì)，如背板材料或密封膠等，可能引發(fā)火災并導致組件喪失功能。雷電帶來的過電壓可能對光伏電池組件的電氣性能產(chǎn)生不利影響。過高的電壓可能使組件內(nèi)部元件受損，降低其發(fā)電效率甚至引發(fā)故障。雷電產(chǎn)生的強大電磁脈沖也可能損壞光伏電池組件。這些脈沖可能損壞組件內(nèi)部電子元件，影響發(fā)電性能。

4.3 電氣設備受損和故障

雷電災害對光伏電氣設備可能造成雷電可能直接擊中光伏電氣設備，造成設備損壞或燒毀。雷電的電涌和電磁干擾可能影響光伏電氣設備的正常運行。電涌可能會損壞設備或燒毀電路，電磁干擾可能導致設備傳輸信號中斷或產(chǎn)生誤差。雷電引起的大地電位變化可能干擾光伏電氣設備的接地系統(tǒng)，從而影響設備的正常工作。雷電的高電壓和電流可能破壞光伏電氣設備的絕緣功能，從而導致設備短路或電路中斷。若光伏電氣設備的接閃裝置引導效果不理想，雷電可能直接擊中設備，損壞或燒毀設備。

4.4 電網(wǎng)連接中斷和電力損失

當雷電災害發(fā)生時，可能會中斷電網(wǎng)連接或造成電力損失。這些影響取決于雷電引發(fā)的故障類型、電力系統(tǒng)的抗打擊能力以及應急措施的有效性等因素。雷電擊中電力線路或電線桿時，可能導致線路中斷。當電力線路中斷時，受影響區(qū)域內(nèi)的供電將被切斷，用戶將無法正常使用電力。修復線路并恢復供電需要時間和人力資源。雷電產(chǎn)生的強電流和電壓可能會對變壓器造成損壞或過載。變壓器是電力系統(tǒng)的關鍵設備，若受到雷電沖擊，可能導致變壓器發(fā)生短路、漏油或燒毀等故障。當變壓器發(fā)生故障時，供電能力將受到限制或中斷，從而導致電力損失。雷電產(chǎn)生的電磁脈沖和過電壓可能會損壞電力設備。例如，開關設備、配電設備和電纜等可能受到雷電影響，導致其功能下降甚至完全失效。這些設備的故障將影響電力系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性和可靠性。由于雷電引發(fā)的中斷和設備故障，電力系統(tǒng)可能無法將電能有效地輸送至用戶端，導致供電不穩(wěn)定或中斷。電力供應的不可靠性會對居民、企業(yè)和公共服務等方面產(chǎn)生負面影響。

5 雷電防御措施

5.1 火災風險防范

為了有效應對因雷電災害引發(fā)火災風險，光伏電站需要在周邊安裝合適的接閃裝置，吸引和泄放雷電流，降低直接擊中光伏電池組件和其他設備的風險。選擇具有較強阻燃性能的背板材料和密封膠等材料，降低火災風險。確保所有使用的材料符合相關的防火標準。確保工作人員了解并遵守相關安全操作規(guī)程，包括禁止在光伏電站周圍吸煙、禁止堆放易燃物品等。正確使用和存放電池組件、電線和電纜，減少電氣故障的可能性。定期檢查光伏電池組件、電纜、連接器和其他設備的狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)潛在問題并進行修復。確保設備的正常運行，降低火災風險。建立火災預警系統(tǒng)，包括煙霧報警器、火焰探測器和溫度監(jiān)測裝置等。及時發(fā)現(xiàn)火災跡象，以便迅速采取措施進行撲救和疏散人員。制定應急計劃，明確各個責任人的職責，包括火災撲救、緊急疏散和通知相關部門等。定期組織演練，驗證計劃的有效性并培訓員工的火災應對能力。增強員工的防火意識，提高他們對火災風險的認識。開展防火宣傳和培訓活動，告知員工如何正確使用電力設備，避免火災事故的發(fā)生。通過采取這些防范措施，可以減少雷電災害對光伏電站火災風險的影響。光伏電站管理者和工作人員需要密切關注雷電風險，并采取適當?shù)念A防和應對措施，確保光伏電站的安全運行和人員的生命財產(chǎn)安全。

5.2 光伏電池組件保護

為了減少雷電災害對光伏電池組件的影響，在光伏電站周圍安裝接閃桿、接閃帶、接閃網(wǎng)等防護裝置，吸引和泄放雷電流，降低直接擊中組件的風險。加強光伏電氣設備的絕緣，確保設備具備良好的絕緣性能，減少雷電災害對設備的影響。建立良好的地面接地系統(tǒng)可以分散和消除過電壓，保護光伏電池組件避免電氣損害。采取防火措施，如選擇阻燃材料作為背板材料、使用防火密封膠等，以降低火災風險。合理布局光伏電氣設備，避免設備之間距離太近，降低雷電傳導的風險。安裝合適的電氣保護裝置，如避雷器、過電壓保護器等，限制過電壓對光伏電池組件的影響。選擇具備較強抗雷能力和可靠性的光伏電氣設備，降低因雷電災害而造成的設備損壞和故障的概率。定期檢查和維護光伏電池組件，及時發(fā)現(xiàn)潛在的問題并進行修復，確保其正常運行并減少損失。通過采取上述防御措施，可以減少雷電災害對光伏電池組件的損壞。

5.3 電氣設備保護

為了應對雷電災害對電網(wǎng)連接中斷和電力損失的風險，在電力系統(tǒng)規(guī)劃和設計時，考慮雷電防護裝置的選用和合理布置，確保系統(tǒng)具有一定的抗雷電能力。在電力系統(tǒng)中安裝合適的接閃桿、接閃帶、接閃網(wǎng)等防護裝置，吸引和泄放雷電流，降低直接打擊設備的風險。安裝過電壓保護器，限制過電壓對電力設備的影響，并確保其在安全范圍內(nèi)運行。建立良好的地面接地系統(tǒng)可以分散或消除過電壓，保護電力設備免受雷電擊中的影響。制定雷電災害的應急預案，包括應急修復措施、備用電源配置和事故處理流程等，迅速恢復供電。定期檢查和維護電力設備，及時發(fā)現(xiàn)潛在問題并進行修復，確保設備的正常運行和可靠性。增強對雷電活動的監(jiān)測和預警能力，應用先進的雷電監(jiān)測系統(tǒng)和預警技術，提前預防和減輕雷電災害帶來的影響。通過綜合應對措施，降低雷電災害對電網(wǎng)連接中斷和電力損失的風險，確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定供應和滿足用戶需求。

5.4 電網(wǎng)連接恢復和備用電源

為了保障電網(wǎng)連接的恢復和備用電源的穩(wěn)定供應，可以在電力系統(tǒng)中安裝合適的接閃桿、接閃帶、接閃網(wǎng)等防護裝置，以吸引和泄放雷電流，降低直接擊中電網(wǎng)連接設備和備用電源設備的風險。建立良好的地面接地系統(tǒng)，將過電壓分散到地面，減少對設備的影響。確保接地系統(tǒng)的良好連接，并進行定期檢查與維護。采取防火措施，如選擇阻燃材料作為設備外殼和背板材料，使用防火密封膠等，降低雷電引發(fā)的火災風險。安裝合適的過電壓保護器，限制過電壓對電網(wǎng)連接設備和備用電源設備的影響。確保過電壓保護裝置的選型和配置符合相關標準和要求。為電網(wǎng)連接和備用電源設備建立備份系統(tǒng)，確保在主系統(tǒng)受到雷電影響時有備用設備能夠及時接管供電。應定期檢查和測試備用系統(tǒng)，以確保其可靠性。定期檢查和維護電網(wǎng)連接設備和備用電源設備，及時發(fā)現(xiàn)潛在的問題并予以修復，包括清潔、緊固連接器、更換老化部件等。制定雷電災害的應急預案，明確各個責任人的職責和行動步驟。預案應包括疏散、供電恢復和緊急通信等方面，以應對不同情況下的雷電災害。及時獲取雷電信息，以便采取必要的防護措施和應急響應。通過采取上述雷電防護措施，可以減少雷電災害對電網(wǎng)連接恢復和備用電源的影響。

6 結束語

隨著現(xiàn)代科學技術的迅速發(fā)展，光伏發(fā)電系統(tǒng)利用太陽能自然資源滿足人們?nèi)粘５纳钚枰１M管光伏發(fā)電系統(tǒng)應用范圍比較廣泛，但是依然存在著隱患，就是雷擊的安全問題。由于發(fā)電系統(tǒng)自身的特殊性，很容易遭受雷擊，一旦遭受雷擊將會帶來極大的損失，因此，采取有效的防雷擊措施是非常有必要的，保證光伏發(fā)電系統(tǒng)的正常運行。

參考文獻

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