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摘要：本文从光伏发电系统防雷的必要性、可行性和需要采取的雷电防护措施和要求论述，希望可以对此行业的雷电防护有一定的帮助。
关键词：光伏发电系统；防雷措施；屏蔽
1.光伏发电系统的组成与分类
光伏系统由以下三部分组成：太阳电池组件；充、放电控制器、逆变器、测试仪表和计算机监控等电力电子设备和蓄电池或其它蓄能和辅助发电设备。一般将光伏系统分为独立发电系统和并网发电系统。如果根据光伏系统的应用形式、应用规模和负载的类型，对光伏供电系统进行比较细致的划分，可将光伏系统分为如下六种类型：小型太阳能供电系统（Small DC）；简单直流系统（Simple DC）；大型太阳能供电系统（Large DC）；交流、直流供电系统（AC/DC）；并网系统（Utility Grid Connect）；混合供电系统（Hybrid）；并网混合系统。。
2.光伏发电系统雷电防护方面存在的隐患和简单原因分析
光伏产业是一个新兴的环保产业，它自身的雷电防护还未有一个完整的体系。目前大家还依然按照常规的雷电防护方法进行雷电防护设计。在这其中光伏发电系统的防雷减灾工作存在一系列问题。
（1）光伏产业的开发商们和项目操作者对雷电灾害的防范意识薄弱，总爱走擦边球路线，存在侥幸心里。
（2）防雷工程未完全考虑到该行业的一些特殊性，按照常规雷电防护进行设计施工。
（3）防雷工程中的防雷产品质量参差不齐，为了减少成本投入使用一些劣质产品。
（4）防雷基础理论和应用理论的研究工作刚刚起步，还未完善。
（5）防雷工程后期部分防雷措施不能很好的发挥防雷作用，主要是由于后期维护未正常进行。
3. 光伏发电系统雷电防护一般措施和要求
3.1 现以太阳能光伏电站为例进行分析，太阳能光伏电站为三级防雷建筑物，雷电防护等级为C级。
3.1.1太阳能光伏电站防雷和接地涉及到以下的方面：
尽量避免将光伏电站建筑在雷电易发生的和易遭受雷击的位置进行建设;
尽量避免避雷针的投影落在太阳电池组件上。适当的条件下可不单独设避雷针，以太阳能电池组件的金属框架作为接闪器;
防止雷电感应：控制机房内的全部金属物包括设备、机架、金属管道、电缆的金属外皮都要可靠接地，每件金属物品都要单独接到接地干线，不允许串联后再接到接地干线上。在进出线处可增设防雷隔离箱，内装防雷保安器（分电源防雷保安器和通道防雷保安器两种）
防止雷电波侵入:在出线杆上安装阀型避雷器，对于低压的220/380V可以采用低压阀型避雷器。要在每条回路的出线和零线上装设。架空引入室内的金属管道和电缆的金属外皮在入口处可靠接地，冲击电阻不宜大于30欧姆。接地的方式可以采用电焊，如果没有办法采用电焊，也可以采用螺栓连接。
接地系统的要求所有接地都要连接在一个接地体上，接地电阻满足其中的最小值，不允许设备串联后再接到接地干线上。光伏电站对接地电阻值的要求较严格，因此要实测数据,建议采用复合接地体，接地机的根数以满足实测接地电阻为准。
光伏电站接地阻值的要求电气设备的接地电阻R≤4欧姆，满足屏蔽接地和工作接地的要求。在中性点直接接地的系统中，要重复接地，R≤10欧姆防雷接地应该独立设置，要求R≤30欧姆，且和主接地装置在地下的距离保持在3M以上。
总的来讲，光伏系统的接地包括以下方面。
防雷接地:包括避雷针、避雷带以及低压避雷器、外线出线杆上的瓷瓶铁脚还有连接架空线路的电缆金属外皮。
工作接地:逆变器、蓄电池的中性点、电压互感器和电流互感器的二次线圈。
保护接地:光伏电池组件机架、控制器、逆变器、以配电屏外壳、蓄电池支架、电缆外皮、穿线金属管道的外皮。
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屏蔽接地:电子设备的金属屏蔽。
重复接地:低压架空线路上，每隔1公里处接地。
材料选择和规格要求：
接闪器如果采用避雷针可以采用直径为12mm圆钢为制作材料，如果采用避雷带，则宜采用圆钢或者扁钢，圆钢直径不应小于8 mm。扁钢截面面积≥48mm2，厚度不应该小于等于4 mm。
引下线采用圆钢或者扁钢，宜优先采用直径≥8mm的圆钢，扁钢截面面积≥48mm2，厚度不应该小于等于4 mm。
接地装置:人工垂直接地体宜采用角钢、钢管或者圆钢；水平接地体宜采用扁钢或者圆钢。圆钢的直径不应该小于10mm，扁钢截面不应小于100 mm2，角钢厚度不宜小于4mm，钢管厚度不小于3.5mm。人工接地体在土壤中的埋设深度不应小于0.5mm，需要热镀或其他锌防腐处理，在焊接的地方也要进行防腐防锈处理。但在实际操作中本文建议以埋入土中的水泥基础内钢筋为基地装置，这就要求水泥基础内钢筋在施工中可适当增加规格和良好的导通能力。并且做好预留端以备以后接地使用。如果还无法达到接地要求的情况下可补加接地体。
3.1.2太阳能光伏电站的雷电防护有关浪涌保护器方面：
对于大型的光伏发电系统，为了提高系统的可靠性，方便操作及维护，一般都需要在汇流箱内安装高压防雷器保护装置和逆变器房内配置直流配电柜，将户外的光伏方针接入后进行汇流，再与逆变器的直流侧连接。在直流配电柜中分了几个单元（数目看工程具体情况而论），每个直流配电单元的直流输出侧都要配置光伏专用的避雷器。这样和汇流箱内的避雷器实现多级防护的作用。
在施工时需要注意：逆变器运行后，需打开盘门进行检测时，必须确认无电压残留后才允许作业。逆变器在运行状态下，严禁断开无断弧能力的汇流箱总开关或熔断器。如需接触逆变器带电部位，必须切断直流侧和交流侧电源、控制电源。严禁施工人员单独对逆变器进行测试工作。
逆变器后是交流配电柜，在此柜中须装避雷器。在监控系统、信息系统和语音系统等系统中需要装设适配避雷器。按照一般性监控系统的浪涌保护器的方法进行设计和安装。 环境测试仪和数据采集器等其他小型设备需要安装浪涌保护器，但要注意安装避雷器后需要保证这些设备的正常运行，不能影响仪器的测量值。建议这些仪器做全面的防护。如果光伏发电系统并网供电，在变压器的前后需要安装适配的避雷器。
3.13在二次调试后一切雷电防护措施必须都能够正常运行。光伏电站防雷与接地系统安装应符合《电气装置安装工程 接地装置施工及验收规范》GB 50169的相关规定，和设计文件的要求。
3.2对于一些如直流节能灯、小型基站供电等简单的光伏发电系统按照上述方法简化后进行雷电防护。
4防雷工程完成后的维护和管理
查看避雷器是否正常工作，如果不能正常工作需要找当地防雷中心或正规防雷公司进行咨询或整改。检查项目：有无接触不良、漏电流是否过大、发热、绝缘是否良好、积尘是否过多等。
防雷装置需要周期性维护，每年在雷雨季节到来之前，应进行一次全面的检测。检测项目如防雷接地电阻是否大于规定值、电器通路是否良好等，须向当地防雷中心报检。
对于防雷装置锈蚀、脱焊等情况，在咨询当地防雷中心后可自行按照规范进行维护。
防雷装置，应有熟悉雷电防护技术的专职或兼职人员负责管理。投入使用后，应建立管理制度。对防雷装置的设计、安装、隐蔽工程图纸资料、年间测试记录等，均应及时归档，妥善保管，以便后期维护和改造。
5结束语
光伏发电站在户外开阔处，且电子元件又非常敏感，极易受到雷电的危害，必须采用经济合理的接闪装置，完善的屏蔽和均压措施，良好的闭合环路接地装置，并加装多级电源和信号电涌保护器，形成完善的综合防护系统，才能有效地防止雷击。
参考文献
[1]杨仲江等.光伏电站防雷装置与热斑效应分析[J].电气应用,2012, 31(1):82-85.
[2]李辉等.大型光伏发电站防雷研究[J].中国电力,2014,47(1).
[3]光伏发电站防雷技术要求[S].GBT32512-2016
论文作者:张煌军,王亚涛
论文发表刊物:《电力设备》2018年第10期
论文发表时间:2018/7/26
标签：防雷论文; 光伏论文; 雷电论文; 系统论文; 避雷器论文; 防护论文; 逆变器论文; 《电力设备》2018年第10期论文;