内蒙古自治区二连浩特市气象局 内蒙古二连浩特市 011100
摘要：太阳能光伏发电是一种新兴的环保型发电产业，如何进行光伏电站的防雷接地设计是个新挑战。
关键词：光伏发电；直击雷；雷击电磁脉冲；接地
太阳能光伏发电符合当今的绿色环保理念，符合我国走可持续化发展的战略方针。受多种因素的限制与影响，当前我国国内没有一个完全独立的防雷技术来确保太阳能的光伏发电工作。雷电在我们日常生活中并不少见，其危害力不容小觑，雷电发生时会释放强大的电流，产生极高的电压，给人们的生命财产带来威胁。
一、太阳能光伏系统构成
由于我们将光伏系统分为独立系统、并网系统和混合系统。光伏系统由以下三部分组成：太阳能电池组件，充放电控制组器、逆变器、测量仪表、计算机监控等电力电子设备和蓄电池等其它蓄能和辅助发电设备。太阳能光伏组件按照一定数量串联组成单个太阳能电池方阵，若干个电池方阵并联汇流后接入并网三相逆变器，通过逆变器将直流电转换为与三相低压交流电网同频率、同相位的正弦波交流电馈入市电网，实现并网发电功能。
二、雷电本身固有的特征
雷电对建筑物及人身的生命财产威胁极大。雷电本身可产生强大的破坏力，对建筑物的破坏主要分为3种：第一种方式为雷电可直接击中物体，使物体产生高温，部分金属化合物在高温下产生化学反应发生爆炸。第二种方式表现为雷电产生的电流具有梯度的特点，雷电产生后产生强大的磁场，使得周围一些金属建筑物在感受到电流后升温，具有潜在的引发火灾的危险。第三种方式体现为雷电击打在金属管上，雷电所产生的高压电随金属管道传到家中的电线上，造成家中电器设备的损害。雷电所产生的危害很难衡量，做好雷电防范工作属于安全保障的重中之重。据不完全统计，我国每年都会因雷电造成严重的经济损失，每年都有雷电灾害事件，给人们的生命财产安全造成威胁。
三、防雷检测流程与内容
1.检测流程。（1）检测前期准备。在实施光伏发电站检测前应做好准备工作，通过现场勘测以及查阅图纸，对光伏电站结构以及主要设备初步了解，以确定检测内容和方式；根据前期勘察，结合防雷检测要求，制定详实的作业指导书。（2）现场检测流程。根据太阳能光伏发电站功能区域和防雷设施构成，现场检测可以分以下三步进行：检测升压站大地网及变电设施的接地；检测升压站建（构）筑物及其内部设施设备的防雷与接地设施；检测各光伏矩阵的接地网的接地电阻，以及各光伏组串金属构建、汇流箱、逆变器以及箱式变压器的防雷装置。
2.检测内容。（1）升压站。①测试升压站大地网接地电阻值、跨步电压、接触电势，并将升压站地网网格化，以后期绘制升压站地表电位梯度图；测试升压站变电设施设备与接地引出端子的连通情况。升压站接地电阻值要求根据图纸设计而定，一般要求不大于1Ω，高山站由于地质、地形限制，难以达到要求可放宽到不大于4Ω。②测试升压站建构筑物的接闪器、接地测试卡与升压站接地引出端子的连通情况；测量建筑物内部MEB、继保室LEB、各配电箱等与升压站大地网接地引出端子的连通情况。③检测继保室各机柜、设备、静电地板支架、金属门窗、屏蔽幕墙、线槽、走线架等与机房LEB的连接情况。（2）光伏阵列区。①检测光伏阵列区接地网的接地电阻值。阵列区内所有设备共用一个地网，该地网一般由人工接地体和自然接地体共同组成。参照一些行业标准及光伏电站相关标准，光伏阵列区接地电阻值不宜大于4Ω，在实际检测中还应参考电站设计图纸对地网接地电阻值的要求，若图纸要求更高，则应按照图纸要求进行检测。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆测量时建议以箱式变压器接地连接线为测试点，（通常为-4×40mm热镀锌扁钢），并将测试电极设置在光伏阵列区以外。（2）检测光伏阵列区等电位连接状况与线缆屏蔽措施。为了防止闪电电涌侵入和人身电击事故，光伏阵列区内所有正常不带电设备金属外壳和构筑物金属部件均应直接或通过等电位端子与地网进行可靠连接。③检测光伏阵列区电涌保护器。为了防止雷电过电压或者其他故障过电压沿输电线路对各设备造成损坏，在以下位置一般设置了电涌保护器（SPD）进行防护：光伏汇流箱内安装直流电源SPD；箱式逆变器内逆变器直流输入端（即直流配电柜）安装直流电源SPD，逆变器交流输出端（即交流配电柜）安装交流SPD；箱式变压器内低压柜应安装交流电源SPD。
四、太阳能光伏发电站的主要防雷措施
1.直击雷防护。一般情况下，接闪杆只能安装在太阳能电池阵列的北面，如安装在其它方位，则有可能阻挡阳光，影响太阳能电池板的正常工作。在屋面安装的太阳能电池组件宽度一般不会很大，直击雷防护可采用接闪带与接闪杆混合组成的接闪器，并将太阳能组件支架与接闪带等直击雷防护装置可靠连接。在地面安装的太阳能发电场通常面积大，长宽尺寸较大，安置位置空旷，很容易遭受雷击。通常的直击雷防护只能采用多支接闪杆或接闪线作为接闪器。但接闪杆通常只能安装在太阳能电池组件的北面，这样的安装位置很难将整个阵列进行有效的直击雷防护。目前较好的解决办法是采用自动升降式接闪杆，将升降式接闪杆安装在所需位置。在天气晴朗时，发生雷击的可能性较小，接闪杆自动降下，不遮挡阳光，太阳能电池正常工作。当阴雨天气来临时，接闪杆自动升起，对太阳能电池组件进行防雷保护。太阳能光伏系统宜利用固定光伏组件的金属框架作为接闪器，电池组件应与金属框架做可靠连接。
2.防感应雷保护。在屋面安装的太阳能电池阵列的各种电源及信号线缆应与接闪杆、接闪带、引下线等防雷装置应保持足够的安全距离，并尽量减少与这些防雷装置平行敷设的长度，以降低感应过电压。在地面安装的太阳能电池组件的各种线缆应穿管进地进入机房。电站机房内的全部金属物包括设备、机架、金属管道、电缆的金属外皮等均应可靠接地。要求每台金属物利用专用接地线单独接到接地干线上，不允许金属物之间串联后再接地。电力线缆和信号线缆，宜采用屏蔽电缆，应在屏蔽层两端及雷电防护区交界处做等电位连接并接地。当采用非屏蔽电缆时，应敷设在金属管道内引入，金属管应电气导通，并应在雷电防护区交界处做等电位连接拜接地。
3.防雷电波侵入的措施，应符合下列要求。太阳能发电站的送电线路应进行多级防雷保护，首先在各太阳能电池方阵汇集处采用带有防雷功能的专用汇流箱，在逆变器处进出线端安装太阳能光伏系统交直流防雷配电柜，防止雷电流沿输电线路进入太阳能电池阵列和逆变器等设备。目前市场上主要有普天科比特公司的KBT-PVX太阳能光伏防雷汇流箱和KBT-PVG太阳能光伏系统交直流防雷配电柜。
在数据采集器的信号线路上安装信号防雷器。此外，在升压变压器的后续高压线路上应采有接闪线进行防直击雷保护，并在升压变压器的高压侧安装氧化锌高压避雷器。进出建筑物的架空金属管道，在进出处应就近接到防雷或电气设备的接地装置上或独自接地。
4.接地。室外的太阳能电池组件支架应连接成一个整体，并与防雷接地装置多处连接。屋面的太阳能电池组件支架可直接与屋面防雷设施(接闪带、接闪网、接闪杆)连接。地面安装的太阳能电池组件支架焊接成一体后应每隔25米接地一次。其接地装置宜与电气设备等接地装置共用，工频接地电阻应不大于4 Q。防雷的接地装置宜与埋地金属管道相连。当不共用、不相连时，两者间在地中的距离不应小于2m。
随着太阳能光伏发电产业的不断发展，各类光伏发电系统的应用也更加普遍，科学合理的防雷技术是保证太阳能光伏系统可靠安全运行的一个重要因素。
参考文献：
［1］吴倩.光伏并网逆变器合闸方法研究［J］.高压电器，2016，（07）：311-312.
［2］胡可.光伏电站的防雷接地技术［J］.民营科技，2016，（03）：87-88.
论文作者:崔志勇
论文发表刊物:《防护工程》2019年12期
论文发表时间:2019/8/29
标签：防雷论文; 光伏论文; 雷电论文; 太阳能电池论文; 太阳能论文; 阵列论文; 逆变器论文; 《防护工程》2019年12期论文;