光伏發(fā)電項(xiàng)目雷電易損性分析及雷電防護(hù)檢測(cè)技術(shù)探究

王瑞陽

摘 要：光伏電站一般位于空曠的野外，極易遭受雷擊，造成設(shè)備損壞、人員傷亡。因此，確保防雷裝置完善至關(guān)重要。本文通過鶴壁晶科電力20MWp分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目防雷檢測(cè)，探究項(xiàng)目所在地年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)，并進(jìn)行陣列區(qū)接地電阻檢測(cè)、等電位檢測(cè)、SPD檢查等。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電;雷電易損性;雷電防護(hù)

中圖分類號(hào)：P429 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）02-0133-03

Discussion on Lightning Protection Detection Technology?of Distributed Photovoltaic Power Generation Project

Absrtact： Photovoltaic power plants are generally located in the open field， which are vulnerable to lightning， resulting in equipment damage and casualties. Therefore， it is very important to ensure the improvement of lightning protection devices. Through the lightning protection detection of Hebi Jingke 20MWp Distributed Photovoltaic Power Generation Project， this paper explored the annual estimated lightning strike times of the project location， and conducted grounding resistance detection， equipotential detection， SPD inspection in the array area.

Keywords： photovoltaic power generation;lightning vulnerability;lightning protection

1 項(xiàng)目情況

1.1 基本情況

本工程占地面積約38萬m2，土地性質(zhì)為荒山、荒坡及未利用地。本工程本期建設(shè)容量為20MWp，共安裝79 200塊功率為255WP的多晶硅光伏組件。本工程為并網(wǎng)電站項(xiàng)目，以35kV電壓等級(jí)接入110kV大呂寨變電站，光伏電站每1MWp為一單元模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，每1MWp光伏發(fā)電單元經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姾?，通過一臺(tái)1 000kVA箱式升壓變壓器，將電壓升至35kV。每10個(gè)1MWp光伏發(fā)電單元并聯(lián)后經(jīng)一回35kV電纜線路接入35kV開關(guān)站，本期共設(shè)有2回35kV電纜線路接入35kV開關(guān)站，再通過1回35kV架空線路與系統(tǒng)并網(wǎng)。

1.2 項(xiàng)目位置

項(xiàng)目位于鶴壁市鶴山區(qū)鶴壁集鎮(zhèn)境內(nèi)，距鶴壁市約40km。站址地貌為丘陵地形，海拔高度為228～287m，場(chǎng)址內(nèi)現(xiàn)有的道路經(jīng)過拓寬改造可做為光伏場(chǎng)區(qū)進(jìn)場(chǎng)道路。

2 前期準(zhǔn)備工作

2.1 勘測(cè)光伏陣列區(qū)檢測(cè)路線圖

經(jīng)過實(shí)地勘查，并查閱項(xiàng)目分布圖，確定光伏陣列區(qū)分為三個(gè)部分，三個(gè)部分都有水泥路面，作業(yè)車輛可以通過，檢測(cè)較為方便。

2.2 工程地質(zhì)情況

鉆孔揭穿深度范圍內(nèi)未見地下水，可不考慮其對(duì)基礎(chǔ)的影響。場(chǎng)地環(huán)境類別為Ⅲ類環(huán)境，場(chǎng)地土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有微腐蝕性。因此，地質(zhì)對(duì)陣列區(qū)垂直接地體、水平接地體及接地基礎(chǔ)的腐蝕影響較小。

2.3 安全工作

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)準(zhǔn)備安全帽、絕緣手套等勞保用品，尤其要注意陣列區(qū)高壓塔附近。檢測(cè)人員應(yīng)提前學(xué)習(xí)現(xiàn)場(chǎng)安全管理規(guī)定，并根據(jù)防雷檢測(cè)項(xiàng)目確定檢測(cè)安全注意事項(xiàng)。

3 年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)

3.1 雷擊大地密度

3.1.1 近三年地閃資料估算雷擊大地密度。鶴壁市地閃密度如圖1所示。

由圖1可知，項(xiàng)目所在地附近雷擊大地密度為：[Ng]=1.9次/（km2·a）。

3.1.2 雷暴日估算雷擊大地密度。氣象資料統(tǒng)計(jì)鶴壁市鶴山區(qū)近50年平均雷暴日[Td]為22.6，在溫帶地區(qū)可以做以下估算：

[Ng=0.1Td] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

由（1）式可以得到，[Ng]=2.26次/（km2·a）。

3.1.3 綜合計(jì)算雷擊大地密度。由插值和時(shí)間權(quán)重計(jì)算雷擊大地密度，計(jì)算公式為：

[Ng=Ng1×t1+Ng1×t2t1+t2] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

其中，[t1]為3，[t2]為50，通過計(jì)算可知：[Ng]=2.2次/（km2·a）。

3.2 年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)

計(jì)算公式為：

[N=NgAdCd×10-6] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

光伏發(fā)電項(xiàng)目位于山丘上，所以位置因子[Cd]取2;項(xiàng)目占地約38萬m2，由于光伏陣列區(qū)光伏板位置很低，所以[Ad]等效截收面積約為380 000m2，將相關(guān)數(shù)值帶入公式（3）計(jì)算得出N=1.67次。參考《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50057—2010）[1]，可接受最大雷擊次數(shù)[Nc=5.8×10-1/C]，C大于1。因此，年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)明顯大于可接受最大雷擊次數(shù)，光伏發(fā)電陣列區(qū)較易遭受雷擊，應(yīng)做好直擊雷和雷擊電磁脈沖防護(hù)措施。

4 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

4.1 光伏陣列區(qū)接地電阻測(cè)試

4.1.1 陣列區(qū)防雷防護(hù)情況

4.1.1.1 直擊雷防護(hù)。①光伏電池方陣區(qū)域直擊雷防護(hù)：在光伏陣列區(qū)域不單獨(dú)設(shè)置避雷針，利用光伏組件金屬邊框和光伏支架，光伏組件金屬邊框和光伏支架連接后再與主接地網(wǎng)可靠連接，作為直擊雷防護(hù)設(shè)施。

②其他區(qū)域直擊雷防護(hù)：在逆變升壓配電室屋頂設(shè)置避雷帶用于直擊雷防護(hù)。交流側(cè)的直擊雷防護(hù)按照電力系統(tǒng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》（GB/T 50064—2014）進(jìn)行。

4.1.1.2 雷擊電磁脈沖防護(hù)。在太陽能組件的不同控制部分，分別設(shè)置二次防雷模塊，避免其受感應(yīng)雷和操作過電壓沖擊。

4.1.1.3 接地。光伏發(fā)電區(qū)域的接地網(wǎng)采用水平地網(wǎng)與垂直接地極相結(jié)合的復(fù)合接地網(wǎng)方式。整個(gè)水平地網(wǎng)做成“田字格模式”。對(duì)太陽電池方陣，將每排電池支架連為一體，并就近與水平地網(wǎng)相連（連接點(diǎn)不小于2點(diǎn)）。保護(hù)接地、工作接地采用共網(wǎng)接地方式。

4.1.2 接地電阻測(cè)試。光伏陣列區(qū)面積較大，對(duì)角線達(dá)4km以上，如果按照規(guī)范，陣列區(qū)地網(wǎng)接地電阻測(cè)試應(yīng)使用大型地網(wǎng)接地電阻測(cè)試儀測(cè)量，電流極應(yīng)設(shè)置在16km以外，考慮到項(xiàng)目位置（在山坡上）及測(cè)量成本，可行性差。由于地網(wǎng)邊界效應(yīng)的存在，增加地網(wǎng)面積，對(duì)接地阻值影響很小，所以，在實(shí)際檢測(cè)中，可對(duì)某1MWp的光伏陣列區(qū)地網(wǎng)進(jìn)行檢測(cè)，將其與其他方陣地網(wǎng)斷開，若其阻值符合規(guī)范要求，其他陣列區(qū)只要與其等電位連接良好，則符合規(guī)范要求。

實(shí)地檢測(cè)中，多次測(cè)量電阻值的平均數(shù)約為1.7Ω，小于4Ω，符合規(guī)范要求。地網(wǎng)與地網(wǎng)之間過渡電阻平均值為0.12Ω，小于0.2Ω，符合規(guī)范要求。

4.2 光伏陣列區(qū)等電位連接

為防止人身傷害，陣列區(qū)內(nèi)變壓器、匯流箱等所有正常不帶電設(shè)備金屬外殼和金屬部件均應(yīng)與地網(wǎng)進(jìn)行可靠連接，連接情況通過目測(cè)連接質(zhì)量、連接導(dǎo)體的材料尺寸與過渡電阻檢測(cè)相結(jié)合的方式確定。

設(shè)備與地網(wǎng)連接情況評(píng)價(jià)方法[依據(jù)《接地裝置特性參數(shù)測(cè)量導(dǎo)則》（DL∕T 475—2017）[2]]如下：①50mΩ以下：狀況良好;②50～200mΩ：尚可，宜在例行測(cè)試中重點(diǎn)關(guān)注其變化，重要設(shè)備宜在適當(dāng)時(shí)候檢查出來;③200mΩ～1Ω：不佳，應(yīng)盡快對(duì)重要設(shè)備進(jìn)行檢查和處理;④1Ω以上：設(shè)備與主地網(wǎng)未連接，應(yīng)盡快檢查處理;⑤獨(dú)立避雷針的測(cè)試值應(yīng)大于500mΩ。

經(jīng)測(cè)量，過渡電阻阻值為0.04～0.06Ω，基本符合規(guī)范要求。

4.3 光伏陣列區(qū)電涌保護(hù)器

匯流箱和逆變器直流輸入端安裝直流SPD;逆變器交流輸出端和箱變內(nèi)裝有交流SPD。標(biāo)稱電流[In]和沖擊電流[Iimp]的選擇參考《太陽能光伏系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》（QX/T 263—2015）[3]。交流SPD依據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50057—2010）[1]第6.4章進(jìn)行判斷。

4.4 升壓站防雷檢測(cè)

升壓站建筑物及設(shè)備共用接地裝置，內(nèi)設(shè)獨(dú)立的接閃桿，測(cè)量方法與4.1部分光伏陣列區(qū)相同。主控室、配電室設(shè)備應(yīng)與最近地網(wǎng)可靠連接，SPD安裝要求應(yīng)符合《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50057—2010）[1]的要求。

5 結(jié)論

①光伏陣列區(qū)年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)N=1.67次，較易遭受雷擊，應(yīng)注意做好直擊雷防護(hù)。

②光伏陣列區(qū)地網(wǎng)接地電阻測(cè)試使用大型地網(wǎng)接地電阻測(cè)試儀測(cè)量，電流極需設(shè)置很遠(yuǎn)，通常要大于10km，考慮到地理位置和測(cè)量成本，測(cè)量可行性差。因此，在實(shí)際檢測(cè)中，可對(duì)某一光伏陣列區(qū)地網(wǎng)進(jìn)行檢測(cè)，將其與其他方陣地網(wǎng)斷開，若其阻值符合規(guī)范要求，其他陣列區(qū)只要與其等電位連接良好，則符合規(guī)范要求[4]。

③為防止人身傷害，項(xiàng)目?jī)?nèi)變壓器、匯流箱、主控室內(nèi)機(jī)柜等所有正常不帶電設(shè)備金屬外殼和金屬部件均應(yīng)與直接或通過等電位端子與地網(wǎng)進(jìn)行可靠連接，連接情況通過目測(cè)連接質(zhì)量、連接導(dǎo)體的材料尺寸與過渡電阻檢測(cè)相結(jié)合的方式確定。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50057—2010[S].北京：中國(guó)建設(shè)出版社，2010.

[2]國(guó)家能源局.接地裝置特性參數(shù)測(cè)量導(dǎo)則：DL∕T 475—2017[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2017.

[3]中國(guó)氣象局.太陽能光伏系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范：QX/T 263—2015[S].北京：氣象出版社，2015.

[4]楊仲江.雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與管理基礎(chǔ)[M].北京：氣象出版社，2010.