防雷檢測技術在巴彥淖爾光伏發電中的運用研究

劉 翠

（內蒙古巴彥淖爾市氣象局，內蒙古 巴彥淖爾 015000）

內蒙古地區在能源方面具有得天獨厚的條件，加之國家對其給予扶持，因此，我國的光伏產業發展速度很快。由于我國太陽能發電廠大多位于露天場地，容易遭受閃電襲擊，因此，對太陽能發電廠的雷電監測顯得尤為必要。太陽能發電廠因其占地大、結構復雜，所以其防雷檢測工作非常復雜。中華人民共和國質檢總局、中國標準化管理委員會于2016 年共同頒布了《光伏發電站防雷技術要求》，其中對光伏發電站的安全驗收、檢測提出了明確的要求。在電力系統運行過程中，如何充分利用太陽能發電，確保供電網絡的安全和穩定是電力系統運行管理的重點內容。在電廠內加裝一塊太陽能板，就可以把太陽能轉換成電力，這種發電方式綠色環保。光伏電站在選址、布局、設備等方面獨具特色，比如：光伏電站的場地很大，地面很平整，四面都是空地。由于太陽能電池板采用的都是金屬材料，使得太陽能電池板極易遭受雷擊的損壞，因此迫切需要進行防雷安全處理。本文根據多年的防雷測試實踐，對太陽能發電設備的防雷測試過程和技術進行了探討，為今后的測試工作提供借鑒意見。

1 光伏發電站防雷檢測流程

在進行防雷測試之前，應做好前期工作，做好對電廠的實地考察。參考防雷技術數據和圖表，記載被測試設備的基本狀況，并決定測試的方式和測試的詳細內容。按照調查報告的內容，結合防雷測試的特殊要求和規范，編制測試指南。在進行太陽能光伏發電廠的避雷點測試過程中，首先要對外圍的雷擊設備進行探測，然后再對室內防雷設備依次進行探測，也可依現場探測情況而做適當的調節。

防雷測試分為三個階段：第一階段是對高壓變電站的地面網絡進行測試；第二階段是對變電站的電氣設施進行測試；第三階段要檢查電梯大樓的避雷器和室內設施的避雷器和地線。對光電陣列的接地，特別是對接地的電阻進行測試，以及各個串聯設備的避雷設備是否能夠工作進行測試。通過對測試數據進行記錄、整理、分析和判定，形成太陽能光伏發電設備的防雷性測試結果。

2 光伏發電站防雷檢測內容

2.1 升壓站檢測

（1）為掌握發電站場區及周圍地面的電阻值，測量場區地面上的位勢梯度。（2）在進行發電站外防雷擊設備檢查時，應注意其防護范圍是否能涵蓋被保護目標。（3）檢查發電站室內的避雷器，檢查的是等電位連接、SPD、屏蔽為主。而對高壓變電站SPD 的檢驗，必須嚴格執行GB50343-2012 標準，并使用專門的沖擊保護裝置進行測試，建議使用現場測試，必要時使用脫機測試。在多個SPD 的情況下，在高壓直流電源和限制式 SPD 的導線長度應不少于10 米，而限制式 SPD的導線不應少于5 米。各階段 SPD 應有防護措施，可選用斷路器或保險絲。（4）發電站的避雷器試驗，由專業電氣工程師進行現場操作，并按接地設計規范進行試驗。[1]

2.2 光伏方陣區域檢測

1.在大多數情況下，光電柵格區域的探測與增壓泵站的探測工作基本一致。區別是光伏電站是由幾個光伏方陣構成，一般的太陽能光伏陣列設備、結構、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，因此要為每臺光伏組件設置避雷設備不僅不劃算，而且不實用。由于在實際測試中，太陽能電池架大多使用鋼鐵材料，因此，在太陽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能電池板的底座進行線性鋪設，構成光伏組件、匯流箱、逆變器、箱變電等多種形式的電力系統。

2.要檢查該地區的接地電阻值。在光電矩陣范圍內所使用的裝置均為接地系統，該接地網包含兩類接地器，一類為天然接地器，一類為人造接地器。本區域的電阻率不得高于40，這是依據工業建筑規范和建筑設計的規定。但是，在實踐中，必須以電廠的設計規范中所列的阻抗量為基準，若有不合格的地方，要按圖樣進行相應的修改。此外，對母線箱、變壓器、逆變器等進行試驗時，也要進行接觸和跨步電壓的試驗。

3.在光電陣列范圍中應檢查電纜屏蔽措施、電氣連通度和等電勢連接狀況。通常，在光電陣列范圍中，非帶電裝置的外面的金屬部件，若無法與地面相連，則可用等電位點的終端進行連接。此外，為了確保其電路連通，需對與地網相連的所有裝置及元件進行電阻測量。通常其阻抗性不得大于0.2 歐姆，其接頭材質應嚴格符合有關規定。

4.在光電矩陣范圍中要進行沖擊保護裝置的探測。為防止雷擊對光伏發電站內部的傳輸線產生不良的影響，需在下列部位設置浪涌保護器，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。檢查時應重點檢查沖擊式保護裝置的工作情況，檢查壓力敏感值是否符合規定，是否有泄漏，參數是否符合規定。

3 光伏發電站防雷檢測方法

在發電站的監測中，首先要做的是地面網的電壓梯度分布，而這是一個比較困難的環節。在地面上，電勢的梯度變化對地面的電阻率有很大的作用。因此，在檢查時應參考地面的設計圖，充分掌握地網的布置，并采用網格的方式進行檢查。對于重要的裝置，如匯流箱、變壓器或逆變器，最好保持在20 米以內，否則，在發生事故或雷擊發生后，接地線路接近于0。當高壓電器裝置如逆變器、變壓器等周圍電壓變化時，其測量間隔不宜超過0.8 米，而光電陣區的面積很大，其對角的距離可以達到5000 米以上，因此，必須使用接地網式測試機。[2]

4 防雷檢測技術在巴彥淖爾光伏發電中的運用

4.1 電位梯度檢測技術的運用

在太陽能光伏發電站的高壓泵站的防雷測試中，主要針對接地網電勢的梯度測試，而這一過程也是其實施過程中的一個難題。在測量電壓梯度時，要對相關設備的接地狀況有一個全面的認識，并正確把握其具體的布置情況。對排查現場網絡的探測，要采取網格式的方法，循序漸進。在網格分割時，應選擇變壓器、逆變器等裝置所在的位置。因為在雷電和接地點相隔20 米以上的情況下，其接地電壓基本上是0，所以柵格與關鍵裝置的間隔應小于20 米。另外，對變壓器、變流器等進行的電位梯度的測定，其范圍應該小于0.8 米。

4.2 大地網檢測儀的運用

在對光伏發電站進行實際防雷測試中，可以選用地表儀等儀器進行測試。光電陣列的最大角度長應該是在電流極長的1/5 到1/4 的范圍內，而在電極的長度上要保持在0.5 到0.6 倍之間。采用異頻電流法對其進行測試，其頻率為40Hz～60Hz，而電流為3A～20A。當異頻電流為45Hz 和55Hz 時，就可以減少50Hz 的工頻干擾對電阻探測結果的影響。在45Hz、55Hz 的情況下，由測試員進行了相應的測試，得到了50Hz 的平均等效阻抗。[3]大電流法所既要設置單獨的供電裝置，又要有較大的容量和較大的試驗電流，因而有一定的安全性隱患。巴彥淖爾太陽能電站的防雷探測技術的運用過程中，測試員要做好相應的防雷測試工作，并對測試過程進行科學的選擇。測試員要對光伏發電站的高壓變電站進行檢查，確定其地面網和變電站的接地情況。其次，對安裝于高壓泵房內、外的避雷器及接地電阻等有關技術指標進行了細致的測試。測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試和分析。

5 防雷檢測技術在巴彥淖爾光伏發電中的具體運用內容

5.1 升壓站檢測項目

在對太陽能發電站的高壓泵房進行避雷測試時，必須測量現場及相鄰地區的電阻值，并對其周圍地面的電阻值進行測量。同時，通過對電壓梯度的測量，并對其規律進行歸納和分析。在電壓梯度穩定的情況下，測試員能夠進行雷擊探測。如果有異常的電壓變化，則由測試人員和有關技術部門對其進行科學的分析，以確保測試結果的準確性。在防雷探測中，還要對安裝于高壓泵站外面的電氣設備、避雷設備、電力設備進行測試，以便精確了解其接地電阻、跨步電壓、等電位、觸點電壓等有關的參數。檢查所有電器的接地狀況，在進行測試時，也要對防雷電設備進行全方位的檢查。在對太陽能發電站的高壓泵房進行防雷測試時，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。在實際檢驗中，以配電裝置中的避雷裝置為實例，對其進行了測試，必須嚴格按照有關技術規程和采用專用的避雷裝置進行在線測試。

5.2 光伏陣區檢測項目

在光伏發電防雷電測試中，要對有關儀器的狀況和電阻等進行測試。防雷擊檢測是指對光電陣列內部的接地電阻進行細致的測試。通常來說，在太陽能電池陣列的接地系統中，有兩種類型：人造接地和天然接地。在進行測試時，必須遵循測試規程，并根據光電陣列的特殊特性，合理制定相應的接地電阻。同時還需要對變壓器、逆變器、母線等裝置的踏板、觸頭等進行測試。在進行光電陣列的雷擊探測時，必須對等電位連接、電纜屏蔽、電聯等方面進行綜合測試。對與地面相連的所有電器，應對它們的地線進行逐個測試，以保證它們的電路連通。在對太陽能電池板進行防雷測試的同時，也要對所有的輸電線和電器上的電涌保護器進行檢查，同時要對各種壓力敏感的參數進行細致的測試，避免發生漏電現象。[4-6]

6 結語

光電技術是通過太陽能電池來實現對太陽能的直接轉換，是一種對環境友好的可持續發展的能源。太陽能資源豐富，分布廣泛，是21 世紀最有發展前景的新型可持續發展資源。由于太陽能光伏發電廠大多位于露天場地，容易遭受閃電襲擊，所以對其進行防御十分必要。為了更好地對太陽能光電發電場進行測試，必須了解其工作機理和設備組成，并對其進行分區測試。為了確保光電陣列的測量工作的有效性，必須采取一種“獨立”“聯通”的方式進行。按照內蒙古發改委編制的《內蒙古自治區2013-2020 年太陽能發電發展規劃》，內蒙古地區到2020 年將新增6000 兆瓦的光伏發電量。相應地，太陽能發電設備的雷擊探測也將大幅增加。要做好這項工作，不但要各級氣象部門的全面支持，還要有各種不同類型的防雷電測試單位的合作。

由于傳統能源短缺、氣候變暖和環境問題日趨嚴重，因此，各國紛紛出臺了相關的新能源政策法規，其中就有關于太陽能方面的政策。由于我國政府對光伏產業的支持力度加大，以及光伏設備的成本持續下降，使得內蒙古地區的光伏產業投資效益明顯提升，對發展和投資的積極性也日益高漲。為確保太陽能光伏發電站的安全性，采用防雷法探測技術同樣是非常必要的。文章以巴彥淖爾太陽能光伏系統的防雷性測試為實例，對該技術在我國的實際工程中的運用進行了研究。太陽能是一種可更新能源，因為其綠色、經濟等優點，其用途正在迅速擴大，太陽能在工業、農業、國防、通訊、交通等領域得到了充分的應用。太陽能發電場系統包括：太陽能組件方陣、匯流箱、直流配電柜、變頻器，交流配電柜，升壓器、設備的操作監測和檢測系統、通訊系統、防雷系統、接地系統。太陽能光伏發電設備的防雷性測試直接影響到電廠的安全與穩定，因此在測試時應對其進行綜合處理。掌握發電廠的構造，確定好避雷器的位置，以便確定測試的精度。在對太陽能電池板進行防雷測試時，為了減少探測的困難，保證測試精度，應將接設計為網格狀。在供電體系正常運轉的時候，要從總體上保證其安全使用效果和質量，并對可能發生的火災等意外事故進行分析和判斷，采取科學、綜合的防范對策，從源頭上減少了發電設備出現的問題，確保了發電的安全性和穩定性。