光伏电站防雷设计

                                                       光伏电站防雷设计

太阳能属于可再生能源，具有清洁无污染、储量大、可再生等特点，是目前人类所知的可利用的新能源之一。党的十九大报告中提出了要推动能源转型，减少煤炭消费，坚定不移地推进清洁发展。

1 并网光伏系统的组成及主要需防护雷击设施

光伏发电系统主要分为3大类:独立，分布式和并网光伏发电系统。本文主要针对并网发电系统进行相关探讨。并网光伏发电系统工作原理是由地面光伏方阵将太阳能转化为直流电能，通过汇流箱汇流后输送到的直流配电柜，然后输送到并网逆变器上，逆变器将直流电转变成交流电后，传输到交流配电柜，并经升压后，送至电网。

并网光伏电站主要由光伏方阵，汇流箱，直流输电线缆，直流配电柜、并网逆变器、交流配电柜，升压变压器、送出线路及计量、控制、通讯等设备组成。本文中暂不考虑蓄电池组、蓄电池控制器及太阳跟踪控制系统。

雷电对并网光伏电站的危害主要分为3种类型，分别为直击雷，闪电电涌侵入以及设备机房的雷击电磁脉冲。

直击雷:当雷击于地面光伏方阵、设备机房或送出线路上，经过其对地放电产生的电击时，由于雷电流的高温热效应，在雷电流流过的通道上，物体水分受热汽化而剧烈膨胀，产生强大的冲击性机械力，可使人体组织、建筑物结构、设备部件等断裂破碎，从而导致人员伤亡、建筑物破坏，以及设备毁坏等。

闪电电涌侵入:雷击在输出线路、直流电缆线路或金属管道上时，雷电流沿电缆线路或金属管道侵入室内，或者雷击在电缆线路或金属管道附近时，由于雷电流变化梯度大而产生强大的交变磁场，使得雷击点附近的金属导体产生感应电流，感应电流沿着金属管线侵入设备机房内，损坏设备或者危及人身安全。

设备机房的雷击电磁脉冲:雷击建筑物或附近时，雷电流进入建筑物的防直击雷系统时所产生的迅变电磁场，它会对周围的一切电子设备发生作用。这种磁场变化引起的电场变化可能导致机房内部通讯、监控等系统的电子、电气设备失效。

综上所述，并网光伏电站需采取雷电防护措施的组成部件有:地面光伏方阵、直流输电线路、金属管线、送出线路、建筑物机房及设备机柜(含直流配电柜、并网逆变器、交流配电柜，升压变压器及计量、控制、通讯设备等)。

2 并网系统光伏电站防雷方案

2.1防雷类别确定

光伏电站的光伏方阵属于露天场所，一般分布于空旷开阔的场地，而且分部面积较大，遭受直击雷击的概率自然会相对应的增加。防雷类别参考《建筑物防雷设计规范》对粮、棉及易燃物大量集中的露天堆场的按照三类防雷建筑物的判定，虽然光伏方阵不属于易燃物，但是投资巨大，如果因雷击造成人员伤害或设备损害，其损失也是巨大的。光伏方阵虽存在较低火灾危险，但从减少经济损失的角度出发，对光伏方阵进行防雷设计是非常必要的。综合各方面因素，建议按三类防雷建筑物考虑。

2.2直击雷防护

直击雷防护主要分为3个部分，设备机房，地面光伏方阵及送出线路。

2.2.1设备机房直击雷防护措施

设备机房直击雷防护应按照三类防雷建筑物来考虑设计，采用φ12mm镀锌圆钢作为接闪器，敷设在屋角、屋檐和檐角等易受雷击部位，并在整个屋面组成不大于20m×20m的接闪网。利用建筑物混凝土柱内2根φ≥16mm主筋作为引下线，其间距不大于25m，引下线上端与接闪带连接，下端与基础接地网连接。

2.2.2地面光伏方阵直击雷防护措施

光伏方阵的光伏组件可利用其金属边框作接闪器、金属支架作接地线，场站内应采用由垂直接地极和水平接地极共同组成的人工接地网，利用∟50mm×50mm×5mm角钢作为垂直接地极，在土壤中的埋设深度不应小于0.5m，采用40mm×4mm扁钢作为水平接地极，挖沟埋设，垂直接地体的间距应大于埋深的两倍并均匀布置。固定在同一金属框架上的光伏组件，其金属框架接地点应大于2点，且每个接地点间隔距离不大于25m。光伏方阵的防雷接地应与其保护接地、系统接地以及设备机房的接地系统共用同一接地装置;共用接地装置的接地电阻，应符合各接地系统最小值的要求，一般不大于1Ω。

2.2.3送出线路直击雷防护措施

送出线路应通过装设避雷线来降低直击雷造成的危害。

2.3防闪电电涌侵入的要求

防闪电电涌侵入主要针对出、入户金属管线的防护，包括直流输入电缆、金属管道、汇流箱、送出线路的防护。

2.3.1直流输电线路及金属管道防闪电电涌侵入措施

为减少雷电流或电涌电流通过直流输电线缆进入机房，直流输电缆应采用屏蔽电缆，其屏蔽层应至设。金属管道至少在始、末端、分支处、进入防雷区交界处做等电位连接，从而避免雷电流或电涌电流通过直流输电线进入机房，使设备机柜遭受损害。

2.3.2汇流箱防闪电电涌侵入措施

应在汇流箱内装设直流电涌保护器，即分别在汇流箱输出端在正极对地、负极对地、正极对负极之间安装，直流电涌保护器的主要技术参数应满足:额定冲击电流Iimp≥12．5kA(10/350μs)。当场站内的光伏方阵或附近地面遭受雷击时，输电线路中形成的雷电流或电涌电流会通过汇流箱中的电涌保护器进行泄流。另外根据实际直流输电线路数量，若需要进一步减小电涌电流，可在多级汇流箱中增设能量相匹配的电涌保护器以达到目的。

值得注意的是安装在汇流箱处的直流电源电涌保护器应满足光伏系统的应用特性要求，且最大持续工作电压应大.