防雷檢測(cè)技術(shù)在巴彥淖爾光伏發(fā)電中的運(yùn)用研究

劉 翠

（內(nèi)蒙古巴彥淖爾市氣象局，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015000）

內(nèi)蒙古地區(qū)在能源方面具有得天獨(dú)厚的條件，加之國(guó)家對(duì)其給予扶持，因此，我國(guó)的光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度很快。由于我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電廠大多位于露天場(chǎng)地，容易遭受閃電襲擊，因此，對(duì)太陽(yáng)能發(fā)電廠的雷電監(jiān)測(cè)顯得尤為必要。太陽(yáng)能發(fā)電廠因其占地大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以其防雷檢測(cè)工作非常復(fù)雜。中華人民共和國(guó)質(zhì)檢總局、中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)于2016 年共同頒布了《光伏發(fā)電站防雷技術(shù)要求》，其中對(duì)光伏發(fā)電站的安全驗(yàn)收、檢測(cè)提出了明確的要求。在電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，如何充分利用太陽(yáng)能發(fā)電，確保供電網(wǎng)絡(luò)的安全和穩(wěn)定是電力系統(tǒng)運(yùn)行管理的重點(diǎn)內(nèi)容。在電廠內(nèi)加裝一塊太陽(yáng)能板，就可以把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電力，這種發(fā)電方式綠色環(huán)保。光伏電站在選址、布局、設(shè)備等方面獨(dú)具特色，比如：光伏電站的場(chǎng)地很大，地面很平整，四面都是空地。由于太陽(yáng)能電池板采用的都是金屬材料，使得太陽(yáng)能電池板極易遭受雷擊的損壞，因此迫切需要進(jìn)行防雷安全處理。本文根據(jù)多年的防雷測(cè)試實(shí)踐，對(duì)太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的防雷測(cè)試過(guò)程和技術(shù)進(jìn)行了探討，為今后的測(cè)試工作提供借鑒意見(jiàn)。

1 光伏發(fā)電站防雷檢測(cè)流程

在進(jìn)行防雷測(cè)試之前，應(yīng)做好前期工作，做好對(duì)電廠的實(shí)地考察。參考防雷技術(shù)數(shù)據(jù)和圖表，記載被測(cè)試設(shè)備的基本狀況，并決定測(cè)試的方式和測(cè)試的詳細(xì)內(nèi)容。按照調(diào)查報(bào)告的內(nèi)容，結(jié)合防雷測(cè)試的特殊要求和規(guī)范，編制測(cè)試指南。在進(jìn)行太陽(yáng)能光伏發(fā)電廠的避雷點(diǎn)測(cè)試過(guò)程中，首先要對(duì)外圍的雷擊設(shè)備進(jìn)行探測(cè)，然后再對(duì)室內(nèi)防雷設(shè)備依次進(jìn)行探測(cè)，也可依現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)情況而做適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。

防雷測(cè)試分為三個(gè)階段：第一階段是對(duì)高壓變電站的地面網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)試；第二階段是對(duì)變電站的電氣設(shè)施進(jìn)行測(cè)試；第三階段要檢查電梯大樓的避雷器和室內(nèi)設(shè)施的避雷器和地線。對(duì)光電陣列的接地，特別是對(duì)接地的電阻進(jìn)行測(cè)試，以及各個(gè)串聯(lián)設(shè)備的避雷設(shè)備是否能夠工作進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、整理、分析和判定，形成太陽(yáng)能光伏發(fā)電設(shè)備的防雷性測(cè)試結(jié)果。

2 光伏發(fā)電站防雷檢測(cè)內(nèi)容

2.1 升壓站檢測(cè)

（1）為掌握發(fā)電站場(chǎng)區(qū)及周圍地面的電阻值，測(cè)量場(chǎng)區(qū)地面上的位勢(shì)梯度。（2）在進(jìn)行發(fā)電站外防雷擊設(shè)備檢查時(shí)，應(yīng)注意其防護(hù)范圍是否能涵蓋被保護(hù)目標(biāo)。（3）檢查發(fā)電站室內(nèi)的避雷器，檢查的是等電位連接、SPD、屏蔽為主。而對(duì)高壓變電站SPD 的檢驗(yàn)，必須嚴(yán)格執(zhí)行GB50343-2012 標(biāo)準(zhǔn)，并使用專門的沖擊保護(hù)裝置進(jìn)行測(cè)試，建議使用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，必要時(shí)使用脫機(jī)測(cè)試。在多個(gè)SPD 的情況下，在高壓直流電源和限制式 SPD 的導(dǎo)線長(zhǎng)度應(yīng)不少于10 米，而限制式 SPD的導(dǎo)線不應(yīng)少于5 米。各階段 SPD 應(yīng)有防護(hù)措施，可選用斷路器或保險(xiǎn)絲。（4）發(fā)電站的避雷器試驗(yàn)，由專業(yè)電氣工程師進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作，并按接地設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行試驗(yàn)。[1]

2.2 光伏方陣區(qū)域檢測(cè)

1.在大多數(shù)情況下，光電柵格區(qū)域的探測(cè)與增壓泵站的探測(cè)工作基本一致。區(qū)別是光伏電站是由幾個(gè)光伏方陣構(gòu)成，一般的太陽(yáng)能光伏陣列設(shè)備、結(jié)構(gòu)、布局都是一樣的。光伏方形陣列由光伏組件、匯流箱、逆變器、箱式變流器組成，光伏方形陣列所占的空間很大，因此要為每臺(tái)光伏組件設(shè)置避雷設(shè)備不僅不劃算，而且不實(shí)用。由于在實(shí)際測(cè)試中，太陽(yáng)能電池架大多使用鋼鐵材料，因此，在太陽(yáng)能電池板上使用金屬材料，并將其用于接閃和引線，使接地體線沿著太陽(yáng)能電池板的底座進(jìn)行線性鋪設(shè)，構(gòu)成光伏組件、匯流箱、逆變器、箱變電等多種形式的電力系統(tǒng)。

2.要檢查該地區(qū)的接地電阻值。在光電矩陣范圍內(nèi)所使用的裝置均為接地系統(tǒng)，該接地網(wǎng)包含兩類接地器，一類為天然接地器，一類為人造接地器。本區(qū)域的電阻率不得高于40，這是依據(jù)工業(yè)建筑規(guī)范和建筑設(shè)計(jì)的規(guī)定。但是，在實(shí)踐中，必須以電廠的設(shè)計(jì)規(guī)范中所列的阻抗量為基準(zhǔn)，若有不合格的地方，要按圖樣進(jìn)行相應(yīng)的修改。此外，對(duì)母線箱、變壓器、逆變器等進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，也要進(jìn)行接觸和跨步電壓的試驗(yàn)。

3.在光電陣列范圍中應(yīng)檢查電纜屏蔽措施、電氣連通度和等電勢(shì)連接狀況。通常，在光電陣列范圍中，非帶電裝置的外面的金屬部件，若無(wú)法與地面相連，則可用等電位點(diǎn)的終端進(jìn)行連接。此外，為了確保其電路連通，需對(duì)與地網(wǎng)相連的所有裝置及元件進(jìn)行電阻測(cè)量。通常其阻抗性不得大于0.2 歐姆，其接頭材質(zhì)應(yīng)嚴(yán)格符合有關(guān)規(guī)定。

4.在光電矩陣范圍中要進(jìn)行沖擊保護(hù)裝置的探測(cè)。為防止雷擊對(duì)光伏發(fā)電站內(nèi)部的傳輸線產(chǎn)生不良的影響，需在下列部位設(shè)置浪涌保護(hù)器，如箱式變頻器、箱式變壓器低壓柜、光伏匯流箱體、箱式變頻器的輸出端。檢查時(shí)應(yīng)重點(diǎn)檢查沖擊式保護(hù)裝置的工作情況，檢查壓力敏感值是否符合規(guī)定，是否有泄漏，參數(shù)是否符合規(guī)定。

3 光伏發(fā)電站防雷檢測(cè)方法

在發(fā)電站的監(jiān)測(cè)中，首先要做的是地面網(wǎng)的電壓梯度分布，而這是一個(gè)比較困難的環(huán)節(jié)。在地面上，電勢(shì)的梯度變化對(duì)地面的電阻率有很大的作用。因此，在檢查時(shí)應(yīng)參考地面的設(shè)計(jì)圖，充分掌握地網(wǎng)的布置，并采用網(wǎng)格的方式進(jìn)行檢查。對(duì)于重要的裝置，如匯流箱、變壓器或逆變器，最好保持在20 米以內(nèi)，否則，在發(fā)生事故或雷擊發(fā)生后，接地線路接近于0。當(dāng)高壓電器裝置如逆變器、變壓器等周圍電壓變化時(shí)，其測(cè)量間隔不宜超過(guò)0.8 米，而光電陣區(qū)的面積很大，其對(duì)角的距離可以達(dá)到5000 米以上，因此，必須使用接地網(wǎng)式測(cè)試機(jī)。[2]

4 防雷檢測(cè)技術(shù)在巴彥淖爾光伏發(fā)電中的運(yùn)用

4.1 電位梯度檢測(cè)技術(shù)的運(yùn)用

在太陽(yáng)能光伏發(fā)電站的高壓泵站的防雷測(cè)試中，主要針對(duì)接地網(wǎng)電勢(shì)的梯度測(cè)試，而這一過(guò)程也是其實(shí)施過(guò)程中的一個(gè)難題。在測(cè)量電壓梯度時(shí)，要對(duì)相關(guān)設(shè)備的接地狀況有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)，并正確把握其具體的布置情況。對(duì)排查現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)的探測(cè)，要采取網(wǎng)格式的方法，循序漸進(jìn)。在網(wǎng)格分割時(shí)，應(yīng)選擇變壓器、逆變器等裝置所在的位置。因?yàn)樵诶纂姾徒拥攸c(diǎn)相隔20 米以上的情況下，其接地電壓基本上是0，所以柵格與關(guān)鍵裝置的間隔應(yīng)小于20 米。另外，對(duì)變壓器、變流器等進(jìn)行的電位梯度的測(cè)定，其范圍應(yīng)該小于0.8 米。

4.2 大地網(wǎng)檢測(cè)儀的運(yùn)用

在對(duì)光伏發(fā)電站進(jìn)行實(shí)際防雷測(cè)試中，可以選用地表儀等儀器進(jìn)行測(cè)試。光電陣列的最大角度長(zhǎng)應(yīng)該是在電流極長(zhǎng)的1/5 到1/4 的范圍內(nèi)，而在電極的長(zhǎng)度上要保持在0.5 到0.6 倍之間。采用異頻電流法對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，其頻率為40Hz～60Hz，而電流為3A～20A。當(dāng)異頻電流為45Hz 和55Hz 時(shí)，就可以減少50Hz 的工頻干擾對(duì)電阻探測(cè)結(jié)果的影響。在45Hz、55Hz 的情況下，由測(cè)試員進(jìn)行了相應(yīng)的測(cè)試，得到了50Hz 的平均等效阻抗。[3]大電流法所既要設(shè)置單獨(dú)的供電裝置，又要有較大的容量和較大的試驗(yàn)電流，因而有一定的安全性隱患。巴彥淖爾太陽(yáng)能電站的防雷探測(cè)技術(shù)的運(yùn)用過(guò)程中，測(cè)試員要做好相應(yīng)的防雷測(cè)試工作，并對(duì)測(cè)試過(guò)程進(jìn)行科學(xué)的選擇。測(cè)試員要對(duì)光伏發(fā)電站的高壓變電站進(jìn)行檢查，確定其地面網(wǎng)和變電站的接地情況。其次，對(duì)安裝于高壓泵房?jī)?nèi)、外的避雷器及接地電阻等有關(guān)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了細(xì)致的測(cè)試。測(cè)試人員要做好光電陣列的接地電阻和各種防雷器的狀況的測(cè)試和分析。

5 防雷檢測(cè)技術(shù)在巴彥淖爾光伏發(fā)電中的具體運(yùn)用內(nèi)容

5.1 升壓站檢測(cè)項(xiàng)目

在對(duì)太陽(yáng)能發(fā)電站的高壓泵房進(jìn)行避雷測(cè)試時(shí)，必須測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)及相鄰地區(qū)的電阻值，并對(duì)其周圍地面的電阻值進(jìn)行測(cè)量。同時(shí)，通過(guò)對(duì)電壓梯度的測(cè)量，并對(duì)其規(guī)律進(jìn)行歸納和分析。在電壓梯度穩(wěn)定的情況下，測(cè)試員能夠進(jìn)行雷擊探測(cè)。如果有異常的電壓變化，則由測(cè)試人員和有關(guān)技術(shù)部門對(duì)其進(jìn)行科學(xué)的分析，以確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。在防雷探測(cè)中，還要對(duì)安裝于高壓泵站外面的電氣設(shè)備、避雷設(shè)備、電力設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，以便精確了解其接地電阻、跨步電壓、等電位、觸點(diǎn)電壓等有關(guān)的參數(shù)。檢查所有電器的接地狀況，在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，也要對(duì)防雷電設(shè)備進(jìn)行全方位的檢查。在對(duì)太陽(yáng)能發(fā)電站的高壓泵房進(jìn)行防雷測(cè)試時(shí)，要注意防靜電接地效果、等電位連接、屏蔽效果和避雷器等方面的檢查。在實(shí)際檢驗(yàn)中，以配電裝置中的避雷裝置為實(shí)例，對(duì)其進(jìn)行了測(cè)試，必須嚴(yán)格按照有關(guān)技術(shù)規(guī)程和采用專用的避雷裝置進(jìn)行在線測(cè)試。

5.2 光伏陣區(qū)檢測(cè)項(xiàng)目

在光伏發(fā)電防雷電測(cè)試中，要對(duì)有關(guān)儀器的狀況和電阻等進(jìn)行測(cè)試。防雷擊檢測(cè)是指對(duì)光電陣列內(nèi)部的接地電阻進(jìn)行細(xì)致的測(cè)試。通常來(lái)說(shuō)，在太陽(yáng)能電池陣列的接地系統(tǒng)中，有兩種類型：人造接地和天然接地。在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，必須遵循測(cè)試規(guī)程，并根據(jù)光電陣列的特殊特性，合理制定相應(yīng)的接地電阻。同時(shí)還需要對(duì)變壓器、逆變器、母線等裝置的踏板、觸頭等進(jìn)行測(cè)試。在進(jìn)行光電陣列的雷擊探測(cè)時(shí)，必須對(duì)等電位連接、電纜屏蔽、電聯(lián)等方面進(jìn)行綜合測(cè)試。對(duì)與地面相連的所有電器，應(yīng)對(duì)它們的地線進(jìn)行逐個(gè)測(cè)試，以保證它們的電路連通。在對(duì)太陽(yáng)能電池板進(jìn)行防雷測(cè)試的同時(shí)，也要對(duì)所有的輸電線和電器上的電涌保護(hù)器進(jìn)行檢查，同時(shí)要對(duì)各種壓力敏感的參數(shù)進(jìn)行細(xì)致的測(cè)試，避免發(fā)生漏電現(xiàn)象。[4-6]

6 結(jié)語(yǔ)

光電技術(shù)是通過(guò)太陽(yáng)能電池來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能的直接轉(zhuǎn)換，是一種對(duì)環(huán)境友好的可持續(xù)發(fā)展的能源。太陽(yáng)能資源豐富，分布廣泛，是21 世紀(jì)最有發(fā)展前景的新型可持續(xù)發(fā)展資源。由于太陽(yáng)能光伏發(fā)電廠大多位于露天場(chǎng)地，容易遭受閃電襲擊，所以對(duì)其進(jìn)行防御十分必要。為了更好地對(duì)太陽(yáng)能光電發(fā)電場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試，必須了解其工作機(jī)理和設(shè)備組成，并對(duì)其進(jìn)行分區(qū)測(cè)試。為了確保光電陣列的測(cè)量工作的有效性，必須采取一種“獨(dú)立”“聯(lián)通”的方式進(jìn)行。按照內(nèi)蒙古發(fā)改委編制的《內(nèi)蒙古自治區(qū)2013-2020 年太陽(yáng)能發(fā)電發(fā)展規(guī)劃》，內(nèi)蒙古地區(qū)到2020 年將新增6000 兆瓦的光伏發(fā)電量。相應(yīng)地，太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的雷擊探測(cè)也將大幅增加。要做好這項(xiàng)工作，不但要各級(jí)氣象部門的全面支持，還要有各種不同類型的防雷電測(cè)試單位的合作。

由于傳統(tǒng)能源短缺、氣候變暖和環(huán)境問(wèn)題日趨嚴(yán)重，因此，各國(guó)紛紛出臺(tái)了相關(guān)的新能源政策法規(guī)，其中就有關(guān)于太陽(yáng)能方面的政策。由于我國(guó)政府對(duì)光伏產(chǎn)業(yè)的支持力度加大，以及光伏設(shè)備的成本持續(xù)下降，使得內(nèi)蒙古地區(qū)的光伏產(chǎn)業(yè)投資效益明顯提升，對(duì)發(fā)展和投資的積極性也日益高漲。為確保太陽(yáng)能光伏發(fā)電站的安全性，采用防雷法探測(cè)技術(shù)同樣是非常必要的。文章以巴彥淖爾太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的防雷性測(cè)試為實(shí)例，對(duì)該技術(shù)在我國(guó)的實(shí)際工程中的運(yùn)用進(jìn)行了研究。太陽(yáng)能是一種可更新能源，因?yàn)槠渚G色、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，其用途正在迅速擴(kuò)大，太陽(yáng)能在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、通訊、交通等領(lǐng)域得到了充分的應(yīng)用。太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)系統(tǒng)包括：太陽(yáng)能組件方陣、匯流箱、直流配電柜、變頻器，交流配電柜，升壓器、設(shè)備的操作監(jiān)測(cè)和檢測(cè)系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、防雷系統(tǒng)、接地系統(tǒng)。太陽(yáng)能光伏發(fā)電設(shè)備的防雷性測(cè)試直接影響到電廠的安全與穩(wěn)定，因此在測(cè)試時(shí)應(yīng)對(duì)其進(jìn)行綜合處理。掌握發(fā)電廠的構(gòu)造，確定好避雷器的位置，以便確定測(cè)試的精度。在對(duì)太陽(yáng)能電池板進(jìn)行防雷測(cè)試時(shí)，為了減少探測(cè)的困難，保證測(cè)試精度，應(yīng)將接設(shè)計(jì)為網(wǎng)格狀。在供電體系正常運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，要從總體上保證其安全使用效果和質(zhì)量，并對(duì)可能發(fā)生的火災(zāi)等意外事故進(jìn)行分析和判斷，采取科學(xué)、綜合的防范對(duì)策，從源頭上減少了發(fā)電設(shè)備出現(xiàn)的問(wèn)題，確保了發(fā)電的安全性和穩(wěn)定性。