太陽能光伏發電站防雷技術探討

洪浩 尹康

摘要：太陽能光伏發電是一種新興的環保型發電產業，隨著太陽能光伏電站規模的增大和應用范圍的不斷擴大，太陽能光伏電站的接地與防雷技術已成為光伏電站可靠安全運行的一個重要因素，如何進行光伏電站的防雷接地設計是個新的挑戰。而光伏發電站一般布置在開闊平坦的灘涂或開闊的屋頂上，作為至高奴，極易發生雷擊事件，特別在雷電高發地區，易受雷擊而造成設備受損和停電甚至威脅人身安全，所以必須因地制宜的設計合理可靠防雷接地方案，以滿足光伏電站安全運行要求。本文通過對雷電和防雷裝置以及技術分析，來探討光伏發電站防雷的方法和意義。

關鍵詞：太陽能、光伏發電站、防雷技術

太陽能是取之不盡的可再生資源，由于具有完全的清潔性和充足性以及潛在的經濟性，它的應用正在全球范圍內加速增長，利用太陽能最重要的方式之一就是太陽能發電。太陽能光伏發電作為新興的環保型發電產業，得到政府的大力支持開始逐漸發展， 但目前國內尚沒有一個獨立的光伏電站的防雷接地設計規范來確保電站的安全持久運行。

一.雷電的危害及特征分析

雷電是一種很常見的自然現象，它產生于大氣中帶電云塊之間或帶電云層與地面之間。云層對大地的放電，則對建筑物、電子電氣設備和人、畜危害甚大。雷擊容易發生在土壤電阻率較小和土壤電阻率變化明顯的地方。有金屬礦床的地區、河床、地下水出口處、山坡與稻田接壤處、山坡和山腳下、河邊、湖邊、海邊、低洼地區和地下水位高的地方，都是容易遭受雷擊的地方。一些孤立的鐵塔、煙囪等高大建（構）筑物，也容易遭受雷擊多發生于土壤電阻率突變和潮濕陰冷的地方以及孤立高聳地物體上。雷電的放電時間極短，但是伴隨著雷電的向地的閃擊，將產生靜電感應過電壓、電磁感應過電壓和電涌效應和熱效應以及機械效應，這些過電壓和各種效應將會對電氣設備、電子器件產生破壞性損傷。

二.太陽能光伏電站的特點、系統組成及標準

太陽能光伏電站一般設置在開闊的地方，在雷電發生時，不管是感應雷，還是直擊雷，都有可能對孤立的電站發生雷擊現象。對于并網的光伏電站，不僅會造成太陽能組件和逆變器造成毀壞，而且會造成電網整個系統的癱瘓。太陽能組件和逆變器及其他電氣設備的造價昂貴，在整個投資中，占有絕對大的比例。如果遭受雷擊，帶給光伏發電系統的不僅僅是經濟的損失，更重要的關系到國民生計和國家安全的保證。如果光伏組件遭到雷擊，會造成該組組件發電功率降低，總發電量就會減少。如果逆變器遭到雷擊，也可能損壞，其嚴重后果是總投資額會增大，后期設備的維護費用大，使總投資額增加。所以在設計光伏電站時，必須注意防雷接地的合理性，做到減少最大損失，做到防患于未然。

太陽能光伏電站系統的組成：太陽能光伏電站系統由太陽能組件方陣、匯流箱、直流配電柜、并網逆變器、交流配電柜、升壓器、運行監控和檢測系統、通信系統、防雷和接地系統組成。

在進行防雷初步設計時主要引用的設計依據是《建筑物防雷設計規范》 GB50057-94、《建筑物電子信息系統防雷技術規范》 GB50343-2004、《低壓配電設計規范》 GB50054-95、《智能建筑物設計標準》GB/T50314-2000及《建筑物與建筑群綜合布線工程設計規GB/T50311-20003）、《光伏（PV）發電系統過電壓保護—導則》SJ/T 111-1997、《民用電氣設計規范》（JGJ/T16-92）、《低壓配電系統的電涌保護器（SPD）選擇和使用導則》GB/T18802.12-2006、《低壓電涌保護器 第21 部分：電信和信號網絡的電涌保護器（SPD） —性能要求和試驗方法》GB/T 18802.21 -2004、《防雷與接地安裝》D501-1～4、《低壓配電設計規范》GB 50054-95、《雷電電磁脈沖的防護》IEC 61312等或其他相關設計規范，特別是與防護對象相關的標準。

三.太陽能光伏發電站的原理和裝置組成

太陽能光伏發電原理：太陽能組件通過串并聯組成光伏陣列，光伏陣列將太陽能轉變成直流電能，經直流配電柜匯流、逆變器逆變、變壓器升壓后，接入中壓或高壓電網，由電網統一分配電力。

防雷裝置是指接閃器、引下線、接地裝置、電涌保護器及其他連接導體的總和。接閃器包括直接截受雷擊的防雷針、防雷帶（線）、防雷網以及用作接閃的金屬屋面和金屬構件等。引下線是連接接閃器與接地裝置的金屬導體。接地裝置是接地體和接地線的總和。接地體是埋入土壤中或混凝土基礎中作散流用的導體。接地線是從引下線斷接卡或換線處至接地體的連接導體或從接地端子、等電位連接帶至接地裝置的連接導體。

四.太陽能光伏發電站的防雷設計和方法

1.外部直擊雷防雷：直擊雷防護主要采取避雷針、帶、線，它是一種具有連鎖反應裝置的主動型避雷系統，在傳統避雷針的基礎上增加了一個主動觸發系統，提前于普通避雷針產生上行迎面先導來吸引雷電，從而增大避雷針保護范圍，可比普通避雷針降低安裝高度。直擊雷防護由避雷針（或避雷帶、避雷網、避雷針塔）、引下線和接地系統構成外部防雷系統，主要是為了保護建筑物免受雷擊引起火災事故及人身安全事故;在0級保護區即外部作無源保護，主要有避雷針（網、線、帶）和接地裝置（接地線、地極）。

2.等電位連接：實現各金屬物體之間等電位，防止互相之間發生閃絡或擊穿。防雷系統的關鍵部分是太陽能光伏并網發電系統的所有金屬結構和設備外殼連通并接地。

3.屏蔽：實現建筑物、線路和設備對外界的電磁屏蔽隔離，防止電磁脈沖和感應高電壓。屏蔽是當雷電在系統附近的大地放電雷云在附近經過時，通過降低電磁場與系統輸電線路的相互作用對系統提供保護。

4.浪涌保護：通過在帶電電纜上安裝浪涌保護器實現，減少電涌和雷電過電壓對設備造成損壞。太陽能光伏并網發電系統的雷電浪涌入侵途徑，除了太陽能電池方陣外，還有配電線路、接地線等。

5.接地：太陽能光伏電站的發電設備和配電室及其他建筑物的接地系統通過鍍鋅鋼相互連接，組成一個整體接地系統。通過接地裝置可以將雷電引起的過電流導入大地。光伏電站內，獨立避雷針（線）應設獨立的集中接地裝置，接地電阻必須小于10Ω。從避雷針、避雷網、避雷線等接閃器出來的引下線，同樣采用圓鋼和扁鋼。在沿海鹽堿腐蝕性較強或大地電阻率較高難以達到接地電阻要求的地區，接地體宜采用具有耐腐、保濕性能好的非金屬接地體。人工接地體在土壤中的接地體中的埋設深度不應小于0.5m，并宜敷設在當地凍層以下，其距基礎不小于 1m.為減少相鄰接地體的屏蔽效應，人工垂直接地體和水平接地體的距離5m，當場地受到限制可適當減少，但不一般不小于垂直接地體的長度。

6其他防雷措施：①豎直敷設的金屬管道及金屬物的頂端和底端與防雷裝置連接。②所有正常情況下不帶電設備金屬外殼均應接地。③屋面接閃器保護范圍之外的非金屬物體應裝接閃器，接閃器和屋面防雷裝置相連。④突出屋面的金屬裝置和金屬構件應與避雷帶可靠焊接。⑤衛星接收天線等設備應在接閃器的保護范圍內，天饋線穿金屬管，金屬管兩端應接地。⑥在合適的地方預留等電位連接板。

結束語：

我國幅員遼闊，雷電差異很大，不同行業對防雷裝置要求也不一樣。防雷裝置檢測是一項責任性技術很強的工作。太陽能電力系統以其穩定可靠，安裝方便，操作、維護簡單等特點，已得到了越來越廣泛的應用。

參考文獻

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[2] 鄭州萬佳防雷有限公司 光伏發電站防雷技術