浅谈地面并网光伏电站电气设计要点

孙成兵

摘要：在建设和部署地面并网光伏电站的过程，需要合理运用当地的自然资源以及人力资源，并进一步提升清洁能源的可持续发展水平。在对地面并网光伏电站进行电气设计之前，需要对多晶硅组件、汇流箱、直流柜、逆变器以及升压装等关键零部件的具体配置数量和空间分布规则进行全方位模拟和分析。本文将主要分析与探讨地面并网光伏电站的电气设计要点。

关键词：地面并网;光伏电站;电气设计

引言：

在建设实施地面并网光伏电站等相关设备过程，需要合理配置用电线路和建筑物的防雷防腐资源，并对监控装置和输配电设施的具体运用策略进行全面约束。地面并网光伏电站普遍采用35kV变电站的建设方案，并需要合理设计建成之后的每年发电量和年衰减率等关键数据指标，并合理推算总发电量的合理范围，还需要对光伏组件的具体排布规则进行优化设计。

1 光伏电站的电气主接线设计

在建设和实施地面并网的光伏电站设施过程中，需要根据变电站的装机规模以及电池排布形式等相关因素，综合考虑成本和发电效率等主要产出结果，才能够选择最佳的电气主接线设计方案。对于35kV及以上的光伏电站而言，电气主接线设计方案需要以安全高效为主要建设目标，并需要对光伏动力和照明网络中可能出现的技术风险因素进行综合预判和分析。在对地面并网光伏电站进行电气主接线设计过程中，需要重点配置外网接入的引线等各类零部件资源，并对光伏电站的实际建设和应用规模进行全面分析与预测。部分光伏电站的站内工作电源会采用外网引接的方式，还可以尽量减低供配电线路的高峰负荷压力，并对逆变器建设区域的负荷用电情况进行全面模拟和分析。地面并网的光伏电站，其电气主接线设计方案主要与当地电力资源供给需求因素直接相关，还需要对内部接线可能存在的升压情况进行全面约束和限制，需要保障变电站内部线路能够持续稳定的运行，并对组合发电形式以及电力资源的具体配置规则与标准进行分类汇总和可视化数据分析。

2 光伏电站的防雷接地设计

2.1 光伏电站防雷

2.1.1 直击雷防护

在配置光伏电站的防雷设施过程中，需要将母线装设的过电压保护装置、直流汇流箱中的避雷装置进行有效排布，并对电气设备的外壳接地形式进行全面检查和检验分析。直击雷的有效防护措施，需要根据我国建筑物防雷设计规范中的相关规定内容，将光伏阵列视为三类防雷建筑物，并需要对各类金属构件的可靠连接接地形式进行全面设计和防雷效果模拟分析。在防护直击雷的过程中，需要将光伏电站之中的金属组件作为关键防护单元，还需要对光伏电池组件、电池支架中的金属构件等主要导电连接形态进行分类汇总和统计分析，并对遭受雷击之后的接地路线进行有效模拟和分析，将瞬时高压和热效应对光伏电池组件和导电组件造成的一系列不良影响进行有效消除和分散。对于直击雷的有效防护措施，需要重点关注防雷建筑物之中的有效防雷接地方式是否通畅，并及时判断可能产生高电位的具体位置，还可以合理应用均压环等设备，实现等电位连接功能。对于直击雷的有效防护设施，需要以整体功能的需求分析结果为主，并需要合理配置光伏电站中导电材料和组件之间的通电导电资源，还需要及时预判分散雷电效应过程中距离过小或者过大因素可能造成的不良影响。

2.1.2 感应雷防护

在对地面并网光伏电站进行电气设计和测试的过程中，需要合理配置感应雷电的有效防护措施，并需要将感应雷电所产生的感应电流以及机械效应、热效应进行快速消除，才能够进一步保障光伏电站的正常运营状态。尤其在配置感應雷防护装置和材料资源的过程中，需要将交流并网的供电线路进行全面检查，还需要对光伏组件方阵所产生的直流供电线路进行全面检查，并对直流电路的防雷击保护装置的实际应用效果进行全面评估和分析。针对感应雷电的有效防护措施，普遍应用无间隙金属氧化锌避雷器等装置，能够有效防护感应雷电对光伏电池矩阵产生的不良影响。感应雷电的有效防护机制，还需要与直击雷电的有效防护机制进行协同作用，才能够有效避免感应雷电对建筑物内部各类电子机械设备造成的不良影响。感应雷电的有效防护机制，可以与光伏电站建筑物的特定功能以及防雷性能指标相互融合，并将本区域内可能产生的感应雷电现象进行及时预判和分析，并需要在虚拟化的防雷电模拟平台中，进一步引申和拓展对感应雷电的有效防护机制和功能操作选项。在建设和部署实施地面并网的光伏电站建筑工程项目期间，电气设计人员需要充分结合当前感应雷电的发生发展趋势，对不同季节内可能产生的感应雷电现象进行全面模拟和分析，多次校验不同电气设计方案中多个感应雷电防护机制是否有效和可靠。

2.1.3 雷击反击防护

在地面并网光伏电站的电气设计方案中，雷击的反击防护措施普遍应用等电位处理的技术策略，并需要设计合理的等电位联结资源，并对导电材料的接地线路进行全面模拟和分析。在设计和实现等电位处理方案的过程汇总，需要对工作地、防雷地、保护地等不同功能区域中的电位连接方式进行全面评测和分析，并对屏蔽接地方式进行优化和完善，才能够逐步消除各个点位之间的电位差值。有效的雷击反击防护机制，还需要建立在光伏电站建筑物强度性能指标可靠的基础之上，才能够进一步引申出等电位连接方式的优化设计方法。尤其对于供配电压力较大的地面并网光伏电站而言，有效的雷击反击防护机制，能够有效消除建筑物内部和外部之间可能存在的电位差等问题，还可以及时处理电气设备以及电子部件表面可能存在的感应雷电问题，并对雷击的反击防护效果进行全方面模拟和评估分析。雷击反击防护机制，还需要建立在电气系统完整性和稳定性能的基础之上，并对瞬时雷击和感应雷击等不同情况的有效反击防护效果进行严格监控和跟踪溯源，及时处理光伏电站建筑物表面和内部存在的防雷风险因素。

2.2 光伏系统的接地

2.2.1 接地网的通常设计

在对地面并网光伏电站进行电气设计的过程中，不仅需要对防雷功能和性能进行全面评估和优化设计，更需要对接地系统进行详细设计。接地功能系统的通常设计，主要集中在水平接地网和垂直接地极等相关材料资源和设备资源的优化配置层面之上，并需要对实际建筑工程项目的总汇设计内容进行有效约束和限制，并重点突出镀锌钢管以及扁钢铺设形式等关键设计要素，才能够将联结成网网格的接地系统进行有效模拟和分析。在设置水平和垂直接地极等相关材料资源的过程中，需要及时避免出现冲击电位过程中散流形式不合理的问题，并充分保障光伏电站主体建筑内部结构的完整性和刚性强度指标在合理范围之内。在接地网络的通常设计方案之中，需要将自然接地体和主地网的有效联结方式进行合理设计，并将电力网络中的关键输配电线路材料质量进行全面检验和分析，确保接地网络通常设计方案的有效性和安全性。除此之外，地面并网光伏电站中的接地网通常设计方案，还需要涵盖截面不小于100平方毫米的裸铜电缆敷设内容，并需要将其与主接地网络的等电位联结方式进行全面约束和限制，并充分保障各类电气设备外壳与主接地系统之间存在合理的分散电流通路。

2.2.2 接地网防腐设计

在对地面并网光伏电站进行电气设计的过程中，也需要合理配置主接地网以及辅助接地网的防腐材料和设备资源，并对接地装置的材料应用和配置规则进行标准化管理。光伏电站中的接地装置普遍采用热镀锌材料、钢材料、阴极保护法等方式，进一步提升光伏电站的主接地网络应用效率和质量，还可以对防腐设计方案的具体实施效果进行全面跟踪和监督管理，为后续实施内容提供更加精准的技术管理要素。在对热镀锌材料为基础的接地装置进行防腐设计的过程中，需要对锌合金层本身具备的防腐特征进行全面优化和完善，并对热稳定要求的具体评估标准进行详细记录和分析，为后续材料更换和维护操作提供可靠的数据信息支持。按照以往工程经验，每年热镀锌材料和扁钢管的被腐蚀程度基本围绕在0.1mm左右，因此钢管材料的截面还需要增加50%左右，才能够進一步满足电气设备的接地防护需求。对铜材料接地装置进行防腐设计的过程中，设计人员需要对铜材料的耐腐蚀性和稳定性能进行长期评测和分析，并及时处理腐蚀速度超出预期数值的接地防腐材料位置，还需要考虑替换同等防腐材料过程中所产生的成本费用和人力资源损耗情况。阴极保护法是很多地面并网光伏电站普遍应用的防腐设计方法之一，也能够降低较多人力成本的损耗量。在应用阴极保护法的过程中，需要将牺牲阳极以及外加电流的两种主要防腐措施与导电涂料防护机制相互融合，但是可能会被保护电流的具体作用范围所影响。以上三种防腐设计方案，能够与接地装置的具体敷设作业形式相互融合，但是需要及时处理冻土和非冻土条件下光伏电站建筑物周边区域的具体接地电阻值不合理等问题。

3 光伏电站的电缆敷设设计

在对地面并网光伏电站进行电气设计的过程中，需要重点关注电缆敷设设计方案是否合理，还需要根据光伏电站建筑物的主设计方案和技术方案，选择科学合理的电缆敷设和排布形式。在对地面并网光伏电站进行电缆敷设设计的过程中，需要将35kV的电缆长度和截面规格进行有效约束，才能够进一步保障集电线路和配电线路的路径分配规则是科学合理的。在敷设输配电电缆线路的过程中，也需要将光伏电站内部和外部联通的关键节点位置进行合理设计，并有效节约架空线路的建设成本，并对光伏阵列中的电缆敷设排布规则进行优化设计。

结束语

在对地面并网光伏电站进行电气设计的过程中，需要将光伏阵列的独特排布方式与防雷接地以及线路敷设的设计方案进行精准对接，才能够进一步保障光伏电站内部电子和机械零部件的完整性和安全性。地面并网光伏电站的电气设计方案，需要以实际工程项目的建设技术标准为主。

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