张玉香
甘肃省酒泉市气象局 甘肃酒泉 735000
摘要：本文首先阐述了雷电灾害对太阳能光伏发电站所产生危害，着重对肃州区朝阳光伏发电站的防雷技术分析，以避免光伏发电站雷击灾害发生，也为电站良好运行提供保障，也可供相关人士参考借鉴。
关键词：光伏发电站；防雷技术；分析
引言
近几年来，我国太阳能发电产业得到迅猛发展，光伏发电站建设增多。光伏发电站通常布设在屋顶或空旷开阔滩涂或戈壁，加之设备特殊性，易引发雷击事件，直接关系太阳能电池组件、配电柜、逆变器、光伏方阵等高灵敏设备运行，轻则致使设备受损，重则导致人员伤亡。
酒泉市肃州区位于甘肃省西部河西走廊西端， 祁连山北麓，属温带大陆性干旱荒漠气候区，降水少、蒸发量大，昼夜温差大，日照时间长，年平均日照时数在3033-3316小时，平均日照百分率为69%，太阳能资源丰富，建设许多太阳能光伏发电站，朝阳光伏发电站位于酒泉市肃州区东南方30公里东洞滩，占地面积3平方公里，装机容量50MW，并网发电运行，投资5.7亿元，年发电量达0.8亿千瓦时。东洞滩位于祁连山北麓开阔空旷缓坡戈壁滩地带，海拔高度约为1500-1600米。雷暴主要受天气系统、地形情况等影响，局地性很强，发生持续时间短，季节变化特征明显。根据肃州区累年气象资料表明，该地区雷暴主要发生在6-9月，特别是6、7月为最多，平均每月5-6次，达全年雷暴日数81%以上，4月、8月、9月次之，占18%，3月、5月、10月不足1%。雷暴天气在夏季易发生，会威胁光伏电站正常运行。本文从雷电危害性入手，分析探讨酒泉市朝阳光伏发电站防雷技术，尽可能降低雷电对光伏发电站危害。
1.雷电对太阳能光伏发电站危害
1.1直击雷
直击雷电流穿过被击物体过程中，常会形成破坏力极强热效应及电动力效应。太阳能光伏发电站一旦遭受雷电的直接袭击会出现设备损坏及人员伤亡等严重危害。
1.2感应雷
?感应雷会通过静电感应与电磁感应2类方式入侵至导体内，致使系统受损。太阳能光伏发电站内涉及到线路较长、电缆及集成电路、低压电路相对较多，给感应雷发生、耦合及传播提供有利条件。一旦遭遇雷袭击，势对光伏发电站重要元器件造成严重破坏。
1.3雷电波入侵
雷电波入侵主要表现是架空线路被雷电袭击产生感应过电压，所形成脉冲浪涌，借助于架空线路对雷电传导作用，雷电波会伴随着诸多线路入侵至光伏发电站，损坏设备。
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2.光伏发电站防雷技术分析
2.1接闪器
本项目为中型发电站, 一组太阳能发电板损坏, 会对电站发电量有影响, 并且避雷针或避雷带的布置很难保护所有电池板, 因此采用防雷电措施是将太阳能电池板四周铝合金框架与支架连接,再将所有支架均等电位连接, 并与屋面避雷带可靠连接, 在直击雷发生时, 可将雷电流通过金属框架立即向下引导通过接地装置散人大地, 这样就能使太阳能电池板得到有效保护, 避免直击雷冲击而造成损坏。接闪器敷设和材料规格具体要求：（1）接闪器敷设确保所保护设备处于接闪器有效保护范围内；（2）专设接闪器在光伏方阵北边，接闪器布设高度充分考虑到阳光对光伏方阵造成阴影影响；（3）升压变电站（开关站）单独接闪杆采取热镀锌圆钢或者防腐钢管，杆长不超过1m圆钢直径≥12mm，钢管直径≥20mm，厚度≥0.5mm；杆长处于1-2m时，圆钢直径≥16mm，钢管直径≥25mm，厚度≥0.5mm。接闪带在采取单根热镀锌圆钢时，最小截面积≥50mm2，直径≥8mm；采取单根热镀锌扁钢时，最小截面积≥50mm2，厚度≥2.5mm。（4）接闪带支持卡高度布设≥150mm,支持卡间距≤1000mm,敷设要求平直，焊接牢固，不可以有直角弯；（5）明敷接闪网材料规格与接闪带保持一致，网格尺寸同建筑物防雷规范要求相符；（6）架空接闪线采取截面≥50mm2热镀锌钢绞线或者铜蛟线，光伏方阵区域地网接地电阻≤10Ω。
2.2引下线
把光伏电池板金属支架作为引下线时，支柱间距、独立接闪杆引下线、场区其他建筑引下线材料规格和间距均满足下述要求：（1）采取光伏组件金属支撑结构与建筑物内部钢筋、钢柱当作自然引下线；没有自然引下线能够利用时，则装设于地面太阳能光伏系统和光伏建筑一体化光伏系统专门设置引下线平均间距≤25m；（2）引下线材料规格也同建筑物防雷规范要求相符（3）独立接闪杆敷设2根引下线，且要求对称布设；（4）全部引下线均防腐处理。
2.3接地装置
（1）光伏方阵区域全部接地装置连接为共用接地系统，接地阻抗、跨步电位差、接触电位差、地表点位梯度均符合相关设计要求。（2）升压变电站（开关站）接地装置连接为共用接地系统，接地阻抗、接触电位差、跨步电位差、地表电位梯度达到设计要求；（3）独立接闪杆采取独立接地装置，接地装置要求接地电阻≤10Ω；地中距离用与建筑物防雷标准规范中相符同时≥3m,引下线入地位置3m内悬挂警示牌或布设护栏；（4）场区其他建筑接地装置和主地网连接良好，接地电阻值不超过设计要求。 （5）全部接地装置均做防腐处理。
2.4等电位连接
（1）场区其他建筑物金属体、金属装置、建筑物内系统及进出建筑物金属管线均和防雷装置防雷等电位连接；（2）全部和建筑物组合在一起大尺寸金属件均等电位连接到一起，同时和防雷装置保持相连；（3）电子系统全部外露导电物和建筑物等电位连接网络开展功能性等电位连接；用于电子系统供电配电箱保护地线（PE）就近和建筑物等电位连接网络等电位连接。
2.5浪涌保护器（SPD）布设
（1）采用的浪涌保护器（SPD）是通过国家认可检测实验机构检测产品；（2）浪涌保护器（SPD）布设在各防雷区交界位置，若线路可以承受预期电涌电压时，也在被保护设备处装设；（3）浪涌保护器（SPD）能承受预期通过雷电流，且具备通过电涌时电压保护水平与熄灭工频续流能力；（4）浪涌保护器（SPD）的Uc（最大持续工作电压，单位V）值与相关标准要求相符;（5）浪涌保护器（SPD）接地线材料规格与长度同样符合规范要求，第一级开关型或限压型浪涌保护器（SPD）的相线铜导线最小截面积＞6mm2,接地连接铜导线最小截面积＞10mm2；第二级限压型浪涌保护器（SPD）相线铜导线最小截面积＞4mm2,接地连接铜导线最小截面积＞6mm2；第三级限压型浪涌保护器（SPD）相线铜导线最小截面积＞2.5 mm2，接地连接铜导线最小截面积＞4mm2；第四级限压型浪涌保护器(SPD)相线铜导线最小截面积同样＞2.5 mm2，接地连接铜导线最小截面积＞4mm2。各级浪涌保护器（SPD）接地连接导线要求短且直，长度不能＞0.5m；（6）浪涌保护器（SPD）接地线和接地装置连接点导通阻值≤50mΩ。（7）线路上有很多位置装设浪涌保护器时,开关型浪涌保护器（SPD）和限压型浪涌保护器（SPD）之间线路长度≥10m,限压型浪涌保护器（SPD）线路长度≥5m，不符合要求，专设退耦元件。
3.结语
由于光伏发电站布设区域环境特殊性，易引发雷击事件，因此光伏发电站防雷工程尤为重要。防雷装置设计人员应采取科学合理防雷技术措施，构建功能强大、设备精良的防雷工程，尽可能降低雷电对光伏发电站危害，确保光伏发电站安全稳定运行。
参考文献:
[1]王士元，陈敬欣，甄云云.光伏发电系统的防雷电结构设计研究[J].太阳能，2011（2）.
[2]吕忠，兰飞飞.乾安太阳能光伏并网发电示范站的防雷技术探讨[J].中国科技博览，2011（33）.
作者简介：张玉香（1967-），女，汉族，甘肃省瓜州县人，大专学历，工程师，从事雷电防御工作。
论文作者:张玉香
论文发表刊物:《防护工程》2018年第14期
论文发表时间:2018/10/15
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