地面光伏發(fā)電站電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要環(huán)節(jié)探討

劉婧

摘 要：本文主要根據(jù)工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)規(guī)范，從從電氣主接線(xiàn)設(shè)計(jì)、防雷接地，電纜敷設(shè)等對(duì)光電站設(shè)計(jì)施工運(yùn)行影響比較大幾個(gè)方面對(duì)光伏電站的電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：光伏；電站；電氣；系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

近年來(lái)，國(guó)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(yùn)行，光伏電站中電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就顯得尤為重要，本文根據(jù)工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)規(guī)范，從電氣主接線(xiàn)設(shè)計(jì)、防雷接地，電纜敷設(shè)等對(duì)光電站設(shè)計(jì)施工運(yùn)行影響比較大幾個(gè)方面對(duì)光伏電站的電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。

一、光伏電站電氣主接線(xiàn)設(shè)計(jì)

電氣主接線(xiàn)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)電站的裝機(jī)規(guī)模、電池陣列布置、接入系統(tǒng)方式、場(chǎng)站布置及設(shè)備特點(diǎn)等因素綜合考慮，使其能應(yīng)滿(mǎn)足供電可靠、運(yùn)行靈活、接線(xiàn)簡(jiǎn)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(jí)升壓時(shí)，此時(shí)電站內(nèi)部接線(xiàn)存在1級(jí)或2級(jí)升壓情況，應(yīng)重點(diǎn)對(duì)所可能實(shí)施的主接線(xiàn)形式從技術(shù)，經(jīng)濟(jì)兩方面進(jìn)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(jí)，站用電系統(tǒng)采用動(dòng)力與照明網(wǎng)絡(luò)共用的中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)。當(dāng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)合理時(shí)，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(xiàn)引接，兩路電源之間設(shè)置備用電源自動(dòng)投入裝置。當(dāng)光伏電站規(guī)模較小時(shí)，電站占地面積也較小，逆變器區(qū)域負(fù)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(fù)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(jì)

（一）光伏電站防雷

光伏電站的防雷是一個(gè)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(jì)應(yīng)本著遵循“整體防御、綜合治理、多重保護(hù)、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(jì)中，針對(duì)不同的建筑物和雷擊形式，采用不同的防護(hù)措施如下：

1.直擊雷防護(hù)

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(dú)立避雷裝置，保護(hù)范圍有限，設(shè)置數(shù)量較多，會(huì)造成工程成本的增加，如果設(shè)置不當(dāng)還會(huì)出現(xiàn)遮擋太陽(yáng)光線(xiàn)、影響發(fā)電效率的情況。根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，光伏陣列屬于三類(lèi)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(duì)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(dá)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(jì)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(hù)

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(jī)率很高，對(duì)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(diǎn)是防止感應(yīng)雷由外界線(xiàn)路侵入室內(nèi)設(shè)備。入侵光伏系統(tǒng)的雷電過(guò)電壓過(guò)電流主要有以下兩個(gè)個(gè)途徑：1.由交流并網(wǎng)供電線(xiàn)路入侵。2.由光伏系統(tǒng)的組件方陣直流線(xiàn)路入侵。此時(shí)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(hù)裝置對(duì)線(xiàn)路作直擊雷保護(hù)。在各箱變或開(kāi)關(guān)柜進(jìn)出線(xiàn)均設(shè)置無(wú)間隙金屬氧化鋅避雷器對(duì)感應(yīng)雷進(jìn)行防護(hù)。

（二）光伏系統(tǒng)的接地

1.接地網(wǎng)的通常設(shè)計(jì)

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(shí)際工程詳細(xì)設(shè)計(jì)，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(shí)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(jì)

通過(guò)對(duì)電站接地裝置事故統(tǒng)計(jì)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(duì)于不同的工程應(yīng)對(duì)這些防腐蝕措施進(jìn)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(shí)所形成的鋅合金層本身的防腐特征。按照滿(mǎn)足熱穩(wěn)定要求的扁鋼最小截面計(jì)算，如無(wú)當(dāng)?shù)赝寥栏g率時(shí)，按已有工程經(jīng)驗(yàn)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(diǎn)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(lái)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(hù)法。電站中采用埋入電位更負(fù)的活潑金屬與被保護(hù)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(hù)電流方式的不同，陰極保護(hù)法又可分為犧牲陽(yáng)極和外加電流兩種。

三、光伏電站電纜敷設(shè)設(shè)計(jì)

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(chǎng)工程量則會(huì)很大且現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)往往不采用回填土。此時(shí)應(yīng)采用耐寒電纜，電纜長(zhǎng)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(shí)加穿一段電纜保護(hù)管。通過(guò)這樣的措施既能節(jié)省大量投資，又能保證電纜的安全運(yùn)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(shì)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(yǔ)

本文淺談了地面并網(wǎng)光伏電站電氣設(shè)計(jì)中一些需要關(guān)注的要點(diǎn)，并通過(guò)這幾年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的總終結(jié)中提出一些相對(duì)合理的設(shè)計(jì)方案。為廣大設(shè)計(jì)同仁提出了一點(diǎn)參考和建議。

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