太阳能光伏发电站防雷技术探讨

太阳能光伏发电站防雷技术探讨

太阳能光伏发电是一种新兴的环保型发电产业，随着太阳能光伏电站规模的增大和应用范围的不断扩大，太阳能光伏电站的接地与防雷技术已成为光伏电站可靠安全运行的一个重要因素，如何进行光伏电站的防雷接地设计是个新的挑战。而光伏发电站一般布置在开阔平坦的滩涂或开阔的屋顶上，作为至高奴，极易发生雷击事件，特别在雷电高发地区，易受雷击而造成设备受损和停电甚至威胁人身安全，所以必须因地制宜的设计合理可靠防雷接地方案，以满足光伏电站安全运行要求。本文通过对雷电和防雷装置以及技术分析，来探讨光伏发电站防雷的方法和意义。

标签：太阳能、光伏发电站、防雷技术

太阳能是取之不尽的可再生资源，由于具有完全的清洁性和充足性以及潜在的经济性，它的应用正在全球范围内加速增长，利用太阳能最重要的方式之一就是太阳能发电。太阳能光伏发电作为新兴的环保型发电产业，得到政府的大力支持开始逐渐发展，但目前国内尚没有一个独立的光伏电站的防雷接地设计规范来确保电站的安全持久运行。

一.雷电的危害及特征分析

雷电是一种很常见的自然现象，它产生于大气中带电云块之间或带电云层与地面之间。云层对大地的放电，则对建筑物、电子电气设备和人、畜危害甚大。雷击容易发生在土壤电阻率较小和土壤电阻率变化明显的地方。有金属矿床的地区、河床、地下水出口处、山坡与稻田接壤处、山坡和山脚下、河边、湖边、海边、低洼地区和地下水位高的地方，都是容易遭受雷击的地方。一些孤立的铁塔、烟囱等高大建（构）筑物，也容易遭受雷击多发生于土壤电阻率突变和潮湿阴冷的地方以及孤立高耸地物体上。雷电的放电时间极短，但是伴随着雷电的向地的闪击，将产生静电感应过电压、电磁感应过电压和电涌效应和热效应以及机械效应，这些过电压和各种效应将会对电气设备、电子器件产生破坏性损伤。

二.太阳能光伏电站的特点、系统组成及标准

太阳能光伏电站一般设置在开阔的地方，在雷电发生时，不管是感应雷，还是直击雷，都有可能对孤立的电站发生雷击现象。对于并网的光伏电站，不仅会造成太阳能组件和逆变器造成毁坏，而且会造成电网整个系统的瘫痪。太阳能组件和逆变器及其他电气设备的造价昂贵，在整个投资中，占有绝对大的比例。如果遭受雷击，带给光伏发电系统的不仅仅是经济的损失，更重要的关系到国民生计和国家安全的保证。如果光伏组件遭到雷击，会造成该组组件发电功率降低，总发电量就会减少。如果逆变器遭到雷击，也可能损坏，其严重后果是总投资额会增大，后期设备的维护费用大，使总投资额增加。所以在设计光伏电站时，必须注意防雷接地的合理性，做到减少最大损失，做到防患于未然。

太阳能光伏电站系统的组成：太阳能光伏电站系统由太阳能组件方阵、汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、交流配电柜、升压器、运行监控和检测系统、通信系统、防雷和接地系统组成。

在进行防雷初步设计时主要引用的设计依据是《建筑物防雷设计规范》GB50057-94、《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2004、《低压配电设计规范》GB50054-95、《智能建筑物设计标准》GB/T50314-2000及《建筑物与建筑群综合布线工程设计规GB/T50311-20003）、《光伏（PV）发电系统过电压保护—导则》SJ/T 111-1997、《民用电气设计规范》（JGJ/T16-92）、《低压配电系统的电涌保护器（SPD）选择和使用导则》GB/T18802.12-2006、《低压电涌保护器第21 部分：电信和信号网络的电涌保护器（SPD）—性能要求和试验方法》GB/T 18802.21 -2004、《防雷与接地安装》D501-1～4、《低压配电设计规范》GB 50054-95、《雷電电磁脉冲的防护》IEC 61312等或其他相关设计规范，特别是与防护对象相关的标准。

三.太阳能光伏发电站的原理和装置组成

太阳能光伏发电原理：太阳能组件通过串并联组成光伏阵列，光伏阵列将太阳能转变成直流电能，经直流配电柜汇流、逆变器逆变、变压器升压后，接入中压或高压电网，由电网统一分配电力。

防雷装置是指接闪器、引下线、接地装置、电涌保护器及其他连接导体的总和。接闪器包括直接截受雷击的防雷针、防雷带（线）、防雷网以及用作接闪的金属屋面和金属构件等。引下线是连接接闪器与接地装置的金属导体。接地装置是接地体和接地线的总和。接地体是埋入土壤中或混凝土基础中作散流用的导体。接地线是从引下线断接卡或换线处至接地体的连接导体或从接地端子、等电位连接带至接地装置的连接导体。

四.太阳能光伏发电站的防雷设计和方法

1.外部直击雷防雷：直击雷防护主要采取避雷针、带、线，它是一种具有连锁反应装置的主动型避雷系统，在传统避雷针的基础上增加了一个主动触发系统，提前于普通避雷针产生上行迎面先导来吸引雷电，从而增大避雷针保护范围，可比普通避雷针降低安装高度。直击雷防护由避雷针（或避雷带、避雷网、避雷针塔）、引下线和接地系统构成外部防雷系统，主要是为了保护建筑物免受雷击引起火灾事故及人身安全事故;在0级保护区即外部作无源保护，主要有避雷针（网、线、带）和接地装置（接地线、地极）。

2.等电位连接：实现各金属物体之间等电位，防止互相之间发生闪络或击穿。防雷系统的关键部分是太阳能光伏并网发电系统的所有金属结构和设备外壳连通并接地。

3.屏蔽：实现建筑物、线路和设备对外界的电磁屏蔽隔离，防止电磁脉冲和

感应高电压。屏蔽是当雷电在系统附近的大地放电雷云在附近经过时，通过降低电磁场与系统输电线路的相互作用对系统提供保护。

4.浪涌保护：通过在带电电缆上安装浪涌保护器实现，减少电涌和雷电过电压对设备造成损坏。太阳能光伏并网发电系统的雷电浪涌入侵途径，除了太阳能电池方阵外，还有配电线路、接地线等。

5.接地：太阳能光伏电站的发电设备和配电室及其他建筑物的接地系统通过镀锌钢相互连接，组成一个整体接地系统。通过接地装置可以将雷电引起的过电流导入大地。光伏电站内，独立避雷针（线）应设独立的集中接地装置，接地电阻必须小于10Ω。从避雷针、避雷网、避雷线等接闪器出来的引下线，同样采用圆钢和扁钢。在沿海盐碱腐蚀性较强或大地电阻率较高难以达到接地电阻要求的地区，接地体宜采用具有耐腐、保湿性能好的非金属接地体。人工接地体在土壤中的接地体中的埋设深度不应小于0.5m，并宜敷设在当地冻层以下，其距基础不小于1m.为减少相邻接地体的屏蔽效应，人工垂直接地体和水平接地体的距离5m，当场地受到限制可适当减少，但不一般不小于垂直接地体的长度。

6其他防雷措施：①竖直敷设的金属管道及金属物的顶端和底端与防雷装置连接。②所有正常情况下不带电设备金属外壳均应接地。③屋面接闪器保护范围之外的非金属物体应装接闪器，接闪器和屋面防雷装置相连。④突出屋面的金属装置和金属构件应与避雷带可靠焊接。⑤卫星接收天线等设备应在接闪器的保护范围内，天馈线穿金属管，金属管两端应接地。⑥在合适的地方预留等电位连接板。

结束语：

我国幅员辽阔，雷电差异很大，不同行业对防雷装置要求也不一样。防雷装置检测是一项责任性技术很强的工作。太阳能电力系统以其稳定可靠，安装方便，操作、维护简单等特点，已得到了越来越广泛的应用。

参考文献

[1] 钟颖颖、束建朱、恺潘小雷太阳能光伏发电站防雷技术探讨[J] 电瓷霹雷器2012（4）：100-104

[2] 郑州万佳防雷有限公司光伏发电站防雷技术