淺談地面并網(wǎng)光伏電站電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn)

孫成兵

摘要：在建設(shè)和部署地面并網(wǎng)光伏電站的過(guò)程，需要合理運(yùn)用當(dāng)?shù)氐淖匀毁Y源以及人力資源，并進(jìn)一步提升清潔能源的可持續(xù)發(fā)展水平。在對(duì)地面并網(wǎng)光伏電站進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)之前，需要對(duì)多晶硅組件、匯流箱、直流柜、逆變器以及升壓裝等關(guān)鍵零部件的具體配置數(shù)量和空間分布規(guī)則進(jìn)行全方位模擬和分析。本文將主要分析與探討地面并網(wǎng)光伏電站的電氣設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：地面并網(wǎng);光伏電站;電氣設(shè)計(jì)

引言：

在建設(shè)實(shí)施地面并網(wǎng)光伏電站等相關(guān)設(shè)備過(guò)程，需要合理配置用電線路和建筑物的防雷防腐資源，并對(duì)監(jiān)控裝置和輸配電設(shè)施的具體運(yùn)用策略進(jìn)行全面約束。地面并網(wǎng)光伏電站普遍采用35kV變電站的建設(shè)方案，并需要合理設(shè)計(jì)建成之后的每年發(fā)電量和年衰減率等關(guān)鍵數(shù)據(jù)指標(biāo)，并合理推算總發(fā)電量的合理范圍，還需要對(duì)光伏組件的具體排布規(guī)則進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 光伏電站的電氣主接線設(shè)計(jì)

在建設(shè)和實(shí)施地面并網(wǎng)的光伏電站設(shè)施過(guò)程中，需要根據(jù)變電站的裝機(jī)規(guī)模以及電池排布形式等相關(guān)因素，綜合考慮成本和發(fā)電效率等主要產(chǎn)出結(jié)果，才能夠選擇最佳的電氣主接線設(shè)計(jì)方案。對(duì)于35kV及以上的光伏電站而言，電氣主接線設(shè)計(jì)方案需要以安全高效為主要建設(shè)目標(biāo)，并需要對(duì)光伏動(dòng)力和照明網(wǎng)絡(luò)中可能出現(xiàn)的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行綜合預(yù)判和分析。在對(duì)地面并網(wǎng)光伏電站進(jìn)行電氣主接線設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要重點(diǎn)配置外網(wǎng)接入的引線等各類零部件資源，并對(duì)光伏電站的實(shí)際建設(shè)和應(yīng)用規(guī)模進(jìn)行全面分析與預(yù)測(cè)。部分光伏電站的站內(nèi)工作電源會(huì)采用外網(wǎng)引接的方式，還可以盡量減低供配電線路的高峰負(fù)荷壓力，并對(duì)逆變器建設(shè)區(qū)域的負(fù)荷用電情況進(jìn)行全面模擬和分析。地面并網(wǎng)的光伏電站，其電氣主接線設(shè)計(jì)方案主要與當(dāng)?shù)仉娏Y源供給需求因素直接相關(guān)，還需要對(duì)內(nèi)部接線可能存在的升壓情況進(jìn)行全面約束和限制，需要保障變電站內(nèi)部線路能夠持續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行，并對(duì)組合發(fā)電形式以及電力資源的具體配置規(guī)則與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類匯總和可視化數(shù)據(jù)分析。

2 光伏電站的防雷接地設(shè)計(jì)

2.1 光伏電站防雷

2.1.1 直擊雷防護(hù)

在配置光伏電站的防雷設(shè)施過(guò)程中，需要將母線裝設(shè)的過(guò)電壓保護(hù)裝置、直流匯流箱中的避雷裝置進(jìn)行有效排布，并對(duì)電氣設(shè)備的外殼接地形式進(jìn)行全面檢查和檢驗(yàn)分析。直擊雷的有效防護(hù)措施，需要根據(jù)我國(guó)建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范中的相關(guān)規(guī)定內(nèi)容，將光伏陣列視為三類防雷建筑物，并需要對(duì)各類金屬構(gòu)件的可靠連接接地形式進(jìn)行全面設(shè)計(jì)和防雷效果模擬分析。在防護(hù)直擊雷的過(guò)程中，需要將光伏電站之中的金屬組件作為關(guān)鍵防護(hù)單元，還需要對(duì)光伏電池組件、電池支架中的金屬構(gòu)件等主要導(dǎo)電連接形態(tài)進(jìn)行分類匯總和統(tǒng)計(jì)分析，并對(duì)遭受雷擊之后的接地路線進(jìn)行有效模擬和分析，將瞬時(shí)高壓和熱效應(yīng)對(duì)光伏電池組件和導(dǎo)電組件造成的一系列不良影響進(jìn)行有效消除和分散。對(duì)于直擊雷的有效防護(hù)措施，需要重點(diǎn)關(guān)注防雷建筑物之中的有效防雷接地方式是否通暢，并及時(shí)判斷可能產(chǎn)生高電位的具體位置，還可以合理應(yīng)用均壓環(huán)等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)等電位連接功能。對(duì)于直擊雷的有效防護(hù)設(shè)施，需要以整體功能的需求分析結(jié)果為主，并需要合理配置光伏電站中導(dǎo)電材料和組件之間的通電導(dǎo)電資源，還需要及時(shí)預(yù)判分散雷電效應(yīng)過(guò)程中距離過(guò)小或者過(guò)大因素可能造成的不良影響。

2.1.2 感應(yīng)雷防護(hù)

在對(duì)地面并網(wǎng)光伏電站進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)和測(cè)試的過(guò)程中，需要合理配置感應(yīng)雷電的有效防護(hù)措施，并需要將感應(yīng)雷電所產(chǎn)生的感應(yīng)電流以及機(jī)械效應(yīng)、熱效應(yīng)進(jìn)行快速消除，才能夠進(jìn)一步保障光伏電站的正常運(yùn)營(yíng)狀態(tài)。尤其在配置感應(yīng)雷防護(hù)裝置和材料資源的過(guò)程中，需要將交流并網(wǎng)的供電線路進(jìn)行全面檢查，還需要對(duì)光伏組件方陣所產(chǎn)生的直流供電線路進(jìn)行全面檢查，并對(duì)直流電路的防雷擊保護(hù)裝置的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行全面評(píng)估和分析。針對(duì)感應(yīng)雷電的有效防護(hù)措施，普遍應(yīng)用無(wú)間隙金屬氧化鋅避雷器等裝置，能夠有效防護(hù)感應(yīng)雷電對(duì)光伏電池矩陣產(chǎn)生的不良影響。感應(yīng)雷電的有效防護(hù)機(jī)制，還需要與直擊雷電的有效防護(hù)機(jī)制進(jìn)行協(xié)同作用，才能夠有效避免感應(yīng)雷電對(duì)建筑物內(nèi)部各類電子機(jī)械設(shè)備造成的不良影響。感應(yīng)雷電的有效防護(hù)機(jī)制，可以與光伏電站建筑物的特定功能以及防雷性能指標(biāo)相互融合，并將本區(qū)域內(nèi)可能產(chǎn)生的感應(yīng)雷電現(xiàn)象進(jìn)行及時(shí)預(yù)判和分析，并需要在虛擬化的防雷電模擬平臺(tái)中，進(jìn)一步引申和拓展對(duì)感應(yīng)雷電的有效防護(hù)機(jī)制和功能操作選項(xiàng)。在建設(shè)和部署實(shí)施地面并網(wǎng)的光伏電站建筑工程項(xiàng)目期間，電氣設(shè)計(jì)人員需要充分結(jié)合當(dāng)前感應(yīng)雷電的發(fā)生發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)不同季節(jié)內(nèi)可能產(chǎn)生的感應(yīng)雷電現(xiàn)象進(jìn)行全面模擬和分析，多次校驗(yàn)不同電氣設(shè)計(jì)方案中多個(gè)感應(yīng)雷電防護(hù)機(jī)制是否有效和可靠。

2.1.3 雷擊反擊防護(hù)

在地面并網(wǎng)光伏電站的電氣設(shè)計(jì)方案中，雷擊的反擊防護(hù)措施普遍應(yīng)用等電位處理的技術(shù)策略，并需要設(shè)計(jì)合理的等電位聯(lián)結(jié)資源，并對(duì)導(dǎo)電材料的接地線路進(jìn)行全面模擬和分析。在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)等電位處理方案的過(guò)程匯總，需要對(duì)工作地、防雷地、保護(hù)地等不同功能區(qū)域中的電位連接方式進(jìn)行全面評(píng)測(cè)和分析，并對(duì)屏蔽接地方式進(jìn)行優(yōu)化和完善，才能夠逐步消除各個(gè)點(diǎn)位之間的電位差值。有效的雷擊反擊防護(hù)機(jī)制，還需要建立在光伏電站建筑物強(qiáng)度性能指標(biāo)可靠的基礎(chǔ)之上，才能夠進(jìn)一步引申出等電位連接方式的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。尤其對(duì)于供配電壓力較大的地面并網(wǎng)光伏電站而言，有效的雷擊反擊防護(hù)機(jī)制，能夠有效消除建筑物內(nèi)部和外部之間可能存在的電位差等問(wèn)題，還可以及時(shí)處理電氣設(shè)備以及電子部件表面可能存在的感應(yīng)雷電問(wèn)題，并對(duì)雷擊的反擊防護(hù)效果進(jìn)行全方面模擬和評(píng)估分析。雷擊反擊防護(hù)機(jī)制，還需要建立在電氣系統(tǒng)完整性和穩(wěn)定性能的基礎(chǔ)之上，并對(duì)瞬時(shí)雷擊和感應(yīng)雷擊等不同情況的有效反擊防護(hù)效果進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控和跟蹤溯源，及時(shí)處理光伏電站建筑物表面和內(nèi)部存在的防雷風(fēng)險(xiǎn)因素。

2.2 光伏系統(tǒng)的接地

2.2.1 接地網(wǎng)的通常設(shè)計(jì)

在對(duì)地面并網(wǎng)光伏電站進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)的過(guò)程中，不僅需要對(duì)防雷功能和性能進(jìn)行全面評(píng)估和優(yōu)化設(shè)計(jì)，更需要對(duì)接地系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。接地功能系統(tǒng)的通常設(shè)計(jì)，主要集中在水平接地網(wǎng)和垂直接地極等相關(guān)材料資源和設(shè)備資源的優(yōu)化配置層面之上，并需要對(duì)實(shí)際建筑工程項(xiàng)目的總匯設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行有效約束和限制，并重點(diǎn)突出鍍鋅鋼管以及扁鋼鋪設(shè)形式等關(guān)鍵設(shè)計(jì)要素，才能夠?qū)⒙?lián)結(jié)成網(wǎng)網(wǎng)格的接地系統(tǒng)進(jìn)行有效模擬和分析。在設(shè)置水平和垂直接地極等相關(guān)材料資源的過(guò)程中，需要及時(shí)避免出現(xiàn)沖擊電位過(guò)程中散流形式不合理的問(wèn)題，并充分保障光伏電站主體建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)的完整性和剛性強(qiáng)度指標(biāo)在合理范圍之內(nèi)。在接地網(wǎng)絡(luò)的通常設(shè)計(jì)方案之中，需要將自然接地體和主地網(wǎng)的有效聯(lián)結(jié)方式進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，并將電力網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵輸配電線路材料質(zhì)量進(jìn)行全面檢驗(yàn)和分析，確保接地網(wǎng)絡(luò)通常設(shè)計(jì)方案的有效性和安全性。除此之外，地面并網(wǎng)光伏電站中的接地網(wǎng)通常設(shè)計(jì)方案，還需要涵蓋截面不小于100平方毫米的裸銅電纜敷設(shè)內(nèi)容，并需要將其與主接地網(wǎng)絡(luò)的等電位聯(lián)結(jié)方式進(jìn)行全面約束和限制，并充分保障各類電氣設(shè)備外殼與主接地系統(tǒng)之間存在合理的分散電流通路。

2.2.2 接地網(wǎng)防腐設(shè)計(jì)

在對(duì)地面并網(wǎng)光伏電站進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)的過(guò)程中，也需要合理配置主接地網(wǎng)以及輔助接地網(wǎng)的防腐材料和設(shè)備資源，并對(duì)接地裝置的材料應(yīng)用和配置規(guī)則進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化管理。光伏電站中的接地裝置普遍采用熱鍍鋅材料、鋼材料、陰極保護(hù)法等方式，進(jìn)一步提升光伏電站的主接地網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用效率和質(zhì)量，還可以對(duì)防腐設(shè)計(jì)方案的具體實(shí)施效果進(jìn)行全面跟蹤和監(jiān)督管理，為后續(xù)實(shí)施內(nèi)容提供更加精準(zhǔn)的技術(shù)管理要素。在對(duì)熱鍍鋅材料為基礎(chǔ)的接地裝置進(jìn)行防腐設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要對(duì)鋅合金層本身具備的防腐特征進(jìn)行全面優(yōu)化和完善，并對(duì)熱穩(wěn)定要求的具體評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行詳細(xì)記錄和分析，為后續(xù)材料更換和維護(hù)操作提供可靠的數(shù)據(jù)信息支持。按照以往工程經(jīng)驗(yàn)，每年熱鍍鋅材料和扁鋼管的被腐蝕程度基本圍繞在0.1mm左右，因此鋼管材料的截面還需要增加50%左右，才能夠進(jìn)一步滿足電氣設(shè)備的接地防護(hù)需求。對(duì)銅材料接地裝置進(jìn)行防腐設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)銅材料的耐腐蝕性和穩(wěn)定性能進(jìn)行長(zhǎng)期評(píng)測(cè)和分析，并及時(shí)處理腐蝕速度超出預(yù)期數(shù)值的接地防腐材料位置，還需要考慮替換同等防腐材料過(guò)程中所產(chǎn)生的成本費(fèi)用和人力資源損耗情況。陰極保護(hù)法是很多地面并網(wǎng)光伏電站普遍應(yīng)用的防腐設(shè)計(jì)方法之一，也能夠降低較多人力成本的損耗量。在應(yīng)用陰極保護(hù)法的過(guò)程中，需要將犧牲陽(yáng)極以及外加電流的兩種主要防腐措施與導(dǎo)電涂料防護(hù)機(jī)制相互融合，但是可能會(huì)被保護(hù)電流的具體作用范圍所影響。以上三種防腐設(shè)計(jì)方案，能夠與接地裝置的具體敷設(shè)作業(yè)形式相互融合，但是需要及時(shí)處理凍土和非凍土條件下光伏電站建筑物周邊區(qū)域的具體接地電阻值不合理等問(wèn)題。

3 光伏電站的電纜敷設(shè)設(shè)計(jì)

在對(duì)地面并網(wǎng)光伏電站進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要重點(diǎn)關(guān)注電纜敷設(shè)設(shè)計(jì)方案是否合理，還需要根據(jù)光伏電站建筑物的主設(shè)計(jì)方案和技術(shù)方案，選擇科學(xué)合理的電纜敷設(shè)和排布形式。在對(duì)地面并網(wǎng)光伏電站進(jìn)行電纜敷設(shè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要將35kV的電纜長(zhǎng)度和截面規(guī)格進(jìn)行有效約束，才能夠進(jìn)一步保障集電線路和配電線路的路徑分配規(guī)則是科學(xué)合理的。在敷設(shè)輸配電電纜線路的過(guò)程中，也需要將光伏電站內(nèi)部和外部聯(lián)通的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)位置進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，并有效節(jié)約架空線路的建設(shè)成本，并對(duì)光伏陣列中的電纜敷設(shè)排布規(guī)則進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

結(jié)束語(yǔ)

在對(duì)地面并網(wǎng)光伏電站進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要將光伏陣列的獨(dú)特排布方式與防雷接地以及線路敷設(shè)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行精準(zhǔn)對(duì)接，才能夠進(jìn)一步保障光伏電站內(nèi)部電子和機(jī)械零部件的完整性和安全性。地面并網(wǎng)光伏電站的電氣設(shè)計(jì)方案，需要以實(shí)際工程項(xiàng)目的建設(shè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為主。

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