光伏發電站雷電危害及防雷接地防護措施

喬志茹 趙海生

山西省安裝集團股份有限公司 山西太原 030032

太陽能光伏發電因清潔、安全等優點，數量和規模不斷擴大。在雷電多發季節，在雷電出現時，瞬間可產生幾十至幾百千安培的雷電流，如光伏發電系統無防雷措施或防雷器件不合格，可能造成光伏電站整體癱瘓。因此，如何減少雷電危害，確保太陽能光伏發電系統安全可靠的運行至關重要。

1 光伏發電站雷電的危害

當太陽電池方陣遭到直擊雷打擊時，強雷電電壓將鄰近土壤擊穿或直流輸入線路電纜外皮擊穿，使雷電脈沖侵入光伏系統。帶電荷的云對地面放電時，整個光伏方陣像一個大型無數環形天線感應出上千伏的過電壓，通過直流輸入線路引入，擊壞與線路相連的光伏系統設備。

（1）對光伏組件的損害：目前所有種類的太陽能光伏發電電池組件中光電轉換效率最高且堅固耐用的是單晶硅電池組件，雷電主要會對硅材料或體內PN 結產生傷害，破壞光伏板電池片PN 結晶體場，使其產生缺陷，引起雜質遷移，導致單晶硅半導體壽命下降。

（2）對保護器件的損害：雷電會造成浪涌保護器（SPD）、組件旁路二極管功能失效。

2 光伏發電站防雷接地設計規范要求

針對雷電對光伏電場區造成的巨大影響，一般采用等電位連接、隔離法和加裝保護器等避免雷電危害。

（1）依據GB50065- 2011《交流電氣裝置的接地設計規范》，接地阻值應符合系統最低要求。光伏方陣接地裝置的沖擊接地電阻不宜大于10Ω，高電阻地區（電阻率大于2000Ω·m）最大值應不高于30Ω。

（2）光伏發電站的光伏方陣、光伏發電單元其他設備，以及站區升壓站、綜合樓等建（構）筑物應采取直擊雷防護措施，接閃器不應遮擋光伏組件。

（3）獨立接閃器和泄流引下線應與地光伏發電方陣電氣設備、線路保持足夠的安全距離，應不小于3m。

（4）光伏方陣外圍接閃針（線）宜設置獨立的防雷地網，其他防雷接地宜與站內設施共用地網。

（5）人工垂直接地體的埋設間距宜不小于垂直接地體長度的兩倍，受場地限制時可適當減小。

（6） 人工接地體在土壤中的埋設深度不應小于0.5m，并宜敷設在當地凍土層以下。

（7）為防止雷電感應，要將整個光伏發電系統的所有金屬物，包括電池組件外框、設備、機箱/ 機柜外殼、金屬線管等與聯合接地體等電位連接，并且做到各自獨立接地。光伏發電系統等電位連接。

3 光伏系統接地的組成

光伏系統的接地保護分為防雷接地和電氣接地。外部防雷接地設備主要有接閃器、引下線和接地裝置；電氣接地包括浪涌保護、組件邊框接地、逆變器PE 接地和配電柜外殼接地。

接閃器包括接閃桿、接閃網和接閃帶。為避免陰影投射到光伏組件上，接閃桿安裝在組件陣列的北側，家用項目可用光伏板金屬支架做接閃器。接閃帶與接閃桿不同，接閃桿是豎直向上的，只在根部和引下線相連，一般是明設；接閃帶一般是水平或者傾斜鋪設（依屋面或者地面斜度而定），至少兩處（首尾）和引下線相連，可以是明設，也可以暗鋪在房屋的混凝土內。接閃帶以網狀敷設，叫做接閃網。在需要安裝接閃帶的光伏項目中，網格尺寸一般按照第三類防雷建筑物進行計算設計；如果項目現場雷擊概率較大，可以按照第二類防雷建筑物進行計算設計。

采用接閃網進行防雷保護時，要求引下線上端與接閃器可靠焊接，下端與建筑物基礎底盤鋼筋焊接為一體。引下線宜優先采用直徑≥8mm 的圓鋼。 接地裝置宜采用熱鍍鋅鋼材，其規格一般為直徑50mm 的鋼管，壁厚不小于3.5mm，長度一般為1.5～2.5m。

需要注意的是，接地極的埋設深度不小于0.5m；連接焊接過的部位要重新做防腐防銹處理；土質疏松還要夯實土壤，當土壤阻值達不到要求時，可以采用灑降阻劑或者木炭屑來降低接地阻抗。

4 光伏發電站防雷接地施工注意事項

無論是保護接零，還是保護接地，接地裝置都是非常重要的。它是電氣系統保護裝置的根本保證，安裝和運行中都必須符合接地裝置的安全要求。接地裝置的連接應采用焊接，且焊接必須牢固可靠，無虛焊、假焊。

（1）接至設備上的接地線，應用鍍鋅螺栓連接；有色金屬接地線不能采用焊接時，可用螺栓連接。螺栓連接處的接觸面應平整并鍍錫處理；凡用螺栓連接的部位，應有防松裝置，以保持良好接觸的長久性。接地裝置的焊接應采用搭接焊，其搭接長度必須符合以下規定：扁鋼為其寬度的2 倍，且至少有3 個棱邊焊接；圓鋼為其直徑的6 倍，且應在圓鋼的接觸部位雙面焊接；圓鋼與扁鋼連接時，其長度為圓鋼直徑的6 倍，且應在圓鋼接觸部位的兩面焊接；扁鋼或圓鋼與鋼管、扁鋼或圓鋼與角鋼焊接時，為了連接可靠，除應在其接觸部位兩側進行焊接外，還要將扁鋼或圓鋼彎成弧形或直角與鋼管或角鋼焊接。

（2）利用建筑物的金屬結構、混凝土結構的鋼筋、生產用的鋼結構架梁及配線用的鋼管、金屬管道等作為接地線時，應保證其為良好的電氣通路。在伸縮縫、接頭及串接部位焊接金屬跨接線，且金屬跨接線的截面積應符合要求。

（3）必須保證接地裝置全線暢通并具有良好的導電性，不得有斷裂、接觸不良或接觸電阻超標的現象。接地裝置使用的材料必須有足夠的機械強度，以免折斷或裂開，且其導體截面應符合熱穩定和機械強度的要求，大中型發電廠、110kV 及以上的變電所接地裝置應適當加大截面。保護接零的保護線的導電能力不得低于相線的1/ 2。接地干線應在不同的兩點及以上與接地網連接，自然接地體應在不同的兩點及以上與接地干線或接地網連接，以保證導電的連續性及可靠性。大接地短路電流電網的接地裝置，應校驗其發生單相接地短路時的熱穩定性，驗證可否承受短路接地電流轉換出來的熱量，確保電路穩定而暢通。

（4）必須保證接地裝置不受機械損傷，特別是明設的接地裝置要有保護措施。與公路，鐵路或管道等交叉及其他可能使裝置遭受損傷處，均應用鋼管或角鋼等加以保護。接地線在穿過墻壁、樓板或引出地坪沿墻、沿桿、沿架敷處，均應加裝鋼管或角鋼保護，并涂以15～0Omm 寬度相等的綠色和黃色相間的條紋，以示醒目注意保護。在跨越建筑物伸縮縫、沉降縫處時，應設置補償裝置。補償裝置可用接地線本身彎成弧狀代替。

（5）必須保證裝置不受有害物的侵蝕，一般均采用鍍鋅鐵件，焊接處均涂以瀝青漆防腐，并且回填土不得有較強的腐蝕性。對腐蝕性較強的土壤，除應將接地線鍍鋅或鍍銅外，還應當增大地線的截面積。因高電阻率而采取化學處理的土壤，在埋設接地裝置時，必須考慮化學物品是否對接地裝置有腐蝕作用。

（6）必須保證地下埋設的接地裝置與其他物體的允許最小距離。接地體與建筑物的距離不應小于1.5m；避雷針的接地裝置與道路或建筑物的出人口及與墻的距離應大于3m；接地線沿建筑物墻壁水平敷設時，離地面一般為250～340mm，接地線與墻壁的間隙為10～15mm。垂直接地體的間距一般為其長度的2 倍，水平敷設時的間距一般為5m。接地裝置的敷設，應遠離易燃易爆介質的管道；低壓接地裝置與高壓側的接地裝置應有足夠大的距離，否則，中間應加瀝青隔層。

（7）接地線必須并聯使用，不得串聯。

（8）接地裝置的埋深一般應大于0.6m，且位于凍土層以下。

（9）接地電阻必須符合要求。

5 光伏電站對接地的日常檢查、維護

光伏組件和支架系統必須接地，以減少潛在的電擊和火災威脅。如果接地系統性能隨著時間的推移有所下降，就會增大電擊的可能性。一旦發生電擊，由于光伏陣列的高電壓，造成的傷害可能會非常嚴重。因此，需要定期進行接地性能檢測與維護，有效地防止接地性能下降。

由于光伏電站建設周期短、施工人員和運維人員技術水平良莠不濟，造成設備安裝不到位、維修作業不規范，甚至引發設備隱性故障(如組件的隱裂、熱斑)，給電站的安全、穩定運行帶來一定的隱患。因此，光伏電站投入運行后，需要定期對設備進行性能檢測，以排除隱患，保證電站的穩定運行。檢測的主要內容包括：

（1）光伏接地系統與建筑結構鋼筋的連接是否可靠；

（2）光伏組件、支架、電纜金屬鎧裝與屋面金屬接地網格的連接是否可靠；

（3）光伏方陣與防雷系統共用接地線的接地電阻是否符合相關規定；

（4）光伏方陣的監視、控制系統，以及功率調節設備接地線與防雷系統之間的過電壓保護裝置功能是否有效，其接地電阻是否符合相關規定；

（5）光伏方陣防雷保護器應有效，并在雷雨季節到來之前、雷雨過后及時檢查；

（6）電纜金屬外皮與接地系統的連接是否可靠等；

（7）光伏組件板間連線是否牢固；

（8）方陣匯線盒內的連線是否牢固；

（9）光伏組件是否有損壞或異常；

（10）方陣支架間的連接是否牢固。

6 結語

光伏系統的接地是光伏系統最不起眼的一環，但又是最重要一環。可靠接地可以防止直擊雷、感應雷、雷電波對系統的破壞，從而防止設備短路、漏電引起的組件或逆變器損壞甚至燒毀，確保工作人員不會受到電擊傷害。系統接地減少整個系統的故障率，提高光伏收益，對整個光伏系統運行的可靠性和穩定性意義重大。