淺析光伏發(fā)電站電纜設(shè)計中的一些問題

特變電工新疆新能源股份有限公司 ■ 田玉成

0 引言

常規(guī)的20 MW地面光伏發(fā)電站，8萬塊太陽能組件地面陣列占地面積達(dá)700畝。單個太陽能組件的峰值功率、工作電流、工作電壓較小，需進(jìn)行串聯(lián)提升系統(tǒng)電壓，再進(jìn)行光伏匯流箱和直流匯流柜的兩級并聯(lián)匯流，總電纜使用量達(dá)到400 km?？梢姽夥l(fā)電站中的電纜設(shè)計及施工對其安全穩(wěn)定、高效和經(jīng)濟(jì)性有不可忽視的重要性。

1 光伏電站電纜設(shè)計中的一些問題

1.1 光伏組件電纜設(shè)計

光伏發(fā)電站中太陽能組件是利用“光伏效應(yīng)”將光能轉(zhuǎn)換為電能的元器件，因此，每塊太陽能組件若要充分接收太陽輻射，需根據(jù)建設(shè)地點(diǎn)的不同緯度和地理情況進(jìn)行排布。將排布在約700畝地、單個峰值功率為250 Wp的太陽能組件20塊為1回路通過電纜進(jìn)行串聯(lián)，8～16回路的一級并聯(lián)和6～10回路的二級并聯(lián)后，接入光伏并網(wǎng)逆變器將電能輸送至電網(wǎng)。

太陽能組件至光伏匯流箱間的電纜采用沿太陽能組件支架敷設(shè)和穿管埋地敷設(shè)。電纜敷設(shè)環(huán)境出現(xiàn)紫外線強(qiáng)、太陽能組件背面溫度高、冬季溫度極低、雨淋冰凍、風(fēng)沙大、金屬棱角多等惡劣情況，因此必須選用耐候性非常好的電纜。由于目前國內(nèi)暫無光伏電纜的國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)光伏發(fā)電站太陽能組件匯流電纜主要選用滿足TüV的2pfg1169/08.2007PV《電纜技術(shù)規(guī)范》和UL4703-2005《光伏電纜綱要》的電纜，方可實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電站25年安全運(yùn)行。

太陽能組件一級匯流電纜敷設(shè)是以光伏匯流箱為中心的放射式敷設(shè)，光伏匯流箱的安裝位置將影響每20塊太陽能組件至光伏匯流箱間電纜的長度和路徑。因此，以光伏匯流箱為中心，至接入本匯流箱的太陽能組件距離為半徑，將所接入本光伏匯流箱的太陽能組件全部包括在此圓的接線方式為最少電纜量方案。由于光伏發(fā)電站施工標(biāo)準(zhǔn)還未精細(xì)、無標(biāo)準(zhǔn)圖集等原因，需在設(shè)計在施工圖中詳細(xì)表述沿支架敷設(shè)的路徑、布置、固定、穿管等要求。

1.2 光伏匯流箱電纜設(shè)計

將一個發(fā)電單元光伏陣列內(nèi)的光伏匯流箱接入直流匯流柜完成二級匯流。光伏匯流箱分布位置不同而二級匯流電纜的長度不同，靠近直流匯流柜的距離約為30 m，離直流匯流柜最遠(yuǎn)距離將近200 m，可想而知，電能在集電線路上的損耗差距甚大。因?yàn)槊總€光伏匯流箱送出的電壓相近，通過集電線路送至直流匯流柜時各路之間出現(xiàn)電壓差，在匯流排并聯(lián)后形成回路間環(huán)流，對設(shè)備壽命造成影響并降低系統(tǒng)發(fā)電量。因此，在選擇集電電纜截面時應(yīng)充分考慮其距離不同產(chǎn)生壓降不同的問題，遠(yuǎn)距離選擇大截面電纜，近距離選擇小截面電纜，使得光伏匯流箱至直流匯流柜集電線路上的電壓降相近。直流集電電纜主要采用直埋敷設(shè)方式，在計算載流量及選擇絕緣護(hù)套時考慮環(huán)境溫度、土壤熱阻率、水分遷移、地下水位、凍土深度、土壤腐蝕性、電纜排布等因素。

1.3 逆變器電纜設(shè)計

1臺500 kW逆變器至升壓箱變低壓側(cè)的電流將近1000 A，設(shè)計一般會采用2根3 mm×240 mm或3根3 mm×185 mm電纜并聯(lián)使用。1 MW有2臺逆變器、1臺交流配電柜(800 mm×600 mm×2200 mm)，多根大截面電纜在狹小空間內(nèi)安裝比較困難，安裝中可能出現(xiàn)電纜終端與銅排接觸不緊密、電纜密集造成溫升過高、電纜終端頭數(shù)量多導(dǎo)致安全可靠性降低的問題。

并網(wǎng)逆變器和升壓箱變?yōu)椴煌瑥S家的定型設(shè)備，均采用下進(jìn)線電纜接線方式，采用銅排連接可能導(dǎo)致設(shè)備產(chǎn)生問題。針對上述情況，并網(wǎng)逆變器至升壓變壓器的導(dǎo)體可采用環(huán)氧樹脂澆注封閉式母線；或是設(shè)計人員在設(shè)備訂貨時，協(xié)調(diào)設(shè)備廠家將其連接方式改為銅排連接，提高施工的便捷性，使運(yùn)行安全可靠。

圖1 交流配電柜電纜接線圖片

2 結(jié)語

一個具有豐富的光伏電站設(shè)計經(jīng)驗(yàn)、設(shè)計業(yè)務(wù)能力強(qiáng)，并且深入了解光伏發(fā)電工程情況的設(shè)計人，在光伏電站電纜設(shè)計方面可提供給業(yè)主非常優(yōu)秀的設(shè)計方案?？茖W(xué)合理的設(shè)計方案可大幅減少電纜使用量，降低工程購買電纜和電纜施工費(fèi)用，同時降低光伏發(fā)電系統(tǒng)中電能在電纜上的損耗，提高系統(tǒng)發(fā)電量。在光伏發(fā)電站25年的運(yùn)行期內(nèi)，不應(yīng)因設(shè)計不合理而出現(xiàn)電纜線路損耗過大、故障頻發(fā)、提前老化造成運(yùn)行維護(hù)成本高、發(fā)電量低等問題。光伏發(fā)電系統(tǒng)為一個新型電源，深入研究其電纜設(shè)計方面的問題有重要意義。

[1] 范載云.新能源工程及裝備用電纜——奔向高端制造[A].中國電工技術(shù)學(xué)會電線電纜專業(yè)委員會2010學(xué)術(shù)年會[C].成都, 2010.

[2] 王昆, 張勇, 郭儉旭. 光伏電纜的研制與產(chǎn)業(yè)化[A]. 中國電工技術(shù)學(xué)會電線電纜專業(yè)委員會2010學(xué)術(shù)年會[C].成都, 2010.

[3] GB500217, 電力工程電纜設(shè)計規(guī)范[S].

[4] GB50797-2012, 光伏發(fā)電站設(shè)計規(guī)范[S].