沿海滩涂太阳能光伏发电系统设备防雷施工技术

丁效武

摘要：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。在大量使用太阳能发电设备的同时，由于自身安装特点的原因，设备遭受雷电及过电压损坏的概率大大增加，严重危害着太阳能发电系统安全.因此研究太阳能发电系统的防雷刻不容缓，本文介绍了沿海太阳发电系统设备防雷技术，为大力发展沿海滩涂太阳能光伏发电，提供宝贵的经验。

Abstract: solar photovoltaic system have the characteristic of stable and reliable, easy to install, operate and maintain simple,which has been more and more widely applied. The equipment was stroke by the lighting and the probability of over-voltage harm was increased, the solar photovoltaic system safety was damaged for the characteristic of its installation when the solar power generation equipment was large-scale applied. Therefore We should be immediately studied the lighting protection of solar photovoltaic system equipment. This paper described that lighting protection construction technology of solar photovoltaic system equipment of the coastal beach to provide valuable experience for the development of coastal solar photovoltaic.

关键词：滩涂、太阳能、光伏发电、设备防雷、防雷技术

Key words: coastal beachsolarphotovoltaic equipment lighting protection lighting protection technology

中图分类号: TM615 文献标识码：A文章编号：

0、前言

当前，全球能源紧缺，人们越来越多的开始使用新型、绿色、环保的能源作为传统能源的补充和替代品，太阳能就是其中的一种。太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，太阳能发电是一种典型的绿色环保型能源，它安全可靠、无噪音、无污染、不受地域限制、无需消耗燃料、故障率低、维护方便、规模大小可随意的与建筑物相结合。它已经以其特有的优势逐渐得到了大家的认可。

太阳能光伏发电系统作为一种新兴的发电系统在能源发电领域中已备受关注及广泛应用，由于太阳能光伏发电系统本身安装位置和环境的特殊性，其设备遭受雷电电磁脉冲损坏的隐患也越来越突出。因此，对沿海滩涂太阳能光伏发电系统防雷施工技术的研究有助于提高整个发电设备系统安全、高效的运行。

1、工程概况

国华东台风光互补电站20MWp光伏发电项目，位于江苏省东台市弶港镇沿海滩涂，本工程采用模块化设计，分为20个1MW子系统，总容量为20MW，我公司承接其中15MW晶硅电池组件阵列，由63880块尺寸为1245x635x7mm，投影尺寸为1650x992x46mm的多晶硅电池组件组成。#1～#15子系统采用可调支架方式进行安装，共2847套支架，每套支架安装10块多晶硅电池组。工程合同价1586.66万元，工期90天。

2、太阳能光伏发电系统设备雷电及过电压防护

太阳能发电是通过转换装置把太阳辐射转换成电能利用的属于太阳能发电技术，光电转换技术。

2.1、太阳能光伏发电系统雷电电磁脉冲干扰的入侵途径

雷电对太阳能光伏发电系统设备的影响，主要由以下几个方面造成：

直击雷：太阳能电池板大多都是安装在室外屋顶或是空旷的地方，所以雷电很可能直接击中太阳能电池板，造成设备的损坏，从而无法发电；

传导雷：远处的雷电闪击，由于电磁脉冲空间传播的缘故，会在太阳能电池板与控制器或者是逆变器、控制器到直流负载、逆变器到电源分配电盘以及配电盘到交流负载等的供电线路上产生浪涌过电压，损坏电气设备；

地电位反击：在有外部防雷保护的太阳能供电系统中，由于外部防雷装置将雷电引入大地，从而导致地网上产生高电压，高电压通过设备的接地线进入设备，从而损坏控制器、逆变器或者是交、直流负载等设备。

2.2、太阳能光伏并网发电系统的防雷技术

太阳能光伏并网发电系统的基本组成为：太阳电池方阵、直流配电柜、交流配电柜和逆变器等。太阳电池方阵的支架采用金属材料并占用较大空间且一般放置在建筑物顶部或开阔地，在雷暴发生时，尤其容易受到雷击而毁坏，并且太阳电池组件和逆变器比较昂贵，为避免因雷击和浪涌而造成经济损失，有效的防雷和电涌保护是必不可少的。太阳能光伏并网电站防雷的主要措施有：

2.2.1、外部防雷装置主要是避雷针、避雷带和避雷网等，通过这些装置可以减小雷电流流入建筑物内部产生的空间电磁场，以保护建筑物和构筑物的安全。防直击雷装置应严格按照国标GB50057-94《建筑物防雷设计规范》的要求进行设置，其中避雷针必须按滚球法计算其保护范围和高度。

2.2.2、当光伏设备放置在滩涂开阔地段时，应考虑到原有的外部防雷系统。如果光伏设备处于保护范围内，可以不用另加外部防雷系统，反之则要另加外部防雷系统，避雷针的布置需要既考虑光伏设备在保护范围内，又要尽量避免阴影投射到光伏组件上。

2.2.3、良好的接地使接地电阻减小，才能把雷电流导入大地，减小地电位，各接地装置都要通过接地排相互连接以实现共地防止地电位反击。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。低压电力设备接地装置的接地电阻，不宜超过4Ω。光伏设备的接地系统设计为环形接地极（水平接地电极），建议网络大小为20m×20m。固定的金属支架大约每隔10m 连接至接地系统。太阳能光伏发电设备和建筑的接地系统通过镀锌钢相互连接，在焊接处也要进行防腐防锈处理，这样既可以减小总接地电阻又可以通过相互网状交织连接的接地系统可形成一个等电位面，显著减小雷电作用在各地线之间所产生的过电压。水平接地极铺设在至少0.5m 深的土壤中（距离冻土层深0.5m），使用十字夹相互连接成网格状。同样，在土壤中的连接头必须用耐腐蚀带包裹起来。

2.2.4、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。具体的做法是：太阳电池组件和支架及设备的外壳直接接到等电位系统上，直流和交流电缆通过安装电涌保护器间接接到等电位系统上。为防止部分雷电流侵入建筑物，等电位连接应尽可能靠近系统的入口或建筑物的进线处。

2.2.5、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。屏蔽可以采用密封的导电壳层、同轴外套或内通电缆的电缆管，或者在电缆沟中电缆上面敷高裸露保护线等方式。屏蔽装置的外壳应连接到设备地线上。

2.3、并网型光伏发电系统的浪涌过电压保护技术

太阳能并网发电系统将太阳能转化为电能，并直接通过并网逆变器，把电能送上电网，或将太阳能所发出的电通过并网逆变器直接为交流负载供电。由于不需要蓄电池，其成本更低，系统运行寿命更长，是太阳能光伏发电的发展方向，代表了21 世纪最具吸引力的能源利用技术。现在，大规模利用太阳能并网发电在许多发达国家已成为现实。

对于并网型光伏发电系统的防雷保护，我们采用以下方式：

⑴ 在光伏电池组件与逆变器或电源调节器之间加装第一级电源防雷器，进行保护。这是供电线路从室外进入室内的要道，所以必须做好雷电电磁脉冲的防护。

⑵ 在逆变器到电源分配盘之间加装第二级电源防雷器，进行防护。

⑶ 在电源分配盘与负载之间加装第三级电源防雷器，以保护负载设备不被浪涌过电压损坏。

⑷ 所有的防雷器件都必须良好的进行接地处理，并且所有的设备的接地都连接到公共地网上。

3、结束语

太阳能光伏发电系统已经成功的应用在各个领域，防雷工程能够确保被保护设备的安全，防止设备被雷击和浪涌损坏。通过本工程实践，做好防雷设计和防雷施工安装，提供了宝贵的实践经验，为整个发电系统的安全运行提供有效的保障。

参考文献

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[2] 曹仁贤，郑桂标，李维华.光伏、风力发电系统的接地技术[J].可再生能源.2003年02期.

[3] 张跃，马勇刚，李自应.云南德援光伏电站的防雷接地技术[J].太阳能2006年第06期.

[4] 《建筑物防雷设计规范》 GB50057-94