浅析光伏发电站电缆设计中的一些问题

特变电工新疆新能源股份有限公司 ■ 田玉成

0 引言

常规的20 MW地面光伏发电站，8万块太阳能组件地面阵列占地面积达700亩。单个太阳能组件的峰值功率、工作电流、工作电压较小，需进行串联提升系统电压，再进行光伏汇流箱和直流汇流柜的两级并联汇流，总电缆使用量达到400 km。可见光伏发电站中的电缆设计及施工对其安全稳定、高效和经济性有不可忽视的重要性。

1 光伏电站电缆设计中的一些问题

1.1 光伏组件电缆设计

光伏发电站中太阳能组件是利用“光伏效应”将光能转换为电能的元器件，因此，每块太阳能组件若要充分接收太阳辐射，需根据建设地点的不同纬度和地理情况进行排布。将排布在约700亩地、单个峰值功率为250 Wp的太阳能组件20块为1回路通过电缆进行串联，8～16回路的一级并联和6～10回路的二级并联后，接入光伏并网逆变器将电能输送至电网。

太阳能组件至光伏汇流箱间的电缆采用沿太阳能组件支架敷设和穿管埋地敷设。电缆敷设环境出现紫外线强、太阳能组件背面温度高、冬季温度极低、雨淋冰冻、风沙大、金属棱角多等恶劣情况，因此必须选用耐候性非常好的电缆。由于目前国内暂无光伏电缆的国家标准或行业标准，国内光伏发电站太阳能组件汇流电缆主要选用满足TÜV的2pfg1169/08.2007PV《电缆技术规范》和UL4703-2005《光伏电缆纲要》的电缆，方可实现光伏发电站25年安全运行。

太阳能组件一级汇流电缆敷设是以光伏汇流箱为中心的放射式敷设，光伏汇流箱的安装位置将影响每20块太阳能组件至光伏汇流箱间电缆的长度和路径。因此，以光伏汇流箱为中心，至接入本汇流箱的太阳能组件距离为半径，将所接入本光伏汇流箱的太阳能组件全部包括在此圆的接线方式为最少电缆量方案。由于光伏发电站施工标准还未精细、无标准图集等原因，需在设计在施工图中详细表述沿支架敷设的路径、布置、固定、穿管等要求。

1.2 光伏汇流箱电缆设计

将一个发电单元光伏阵列内的光伏汇流箱接入直流汇流柜完成二级汇流。光伏汇流箱分布位置不同而二级汇流电缆的长度不同，靠近直流汇流柜的距离约为30 m，离直流汇流柜最远距离将近200 m，可想而知，电能在集电线路上的损耗差距甚大。因为每个光伏汇流箱送出的电压相近，通过集电线路送至直流汇流柜时各路之间出现电压差，在汇流排并联后形成回路间环流，对设备寿命造成影响并降低系统发电量。因此，在选择集电电缆截面时应充分考虑其距离不同产生压降不同的问题，远距离选择大截面电缆，近距离选择小截面电缆，使得光伏汇流箱至直流汇流柜集电线路上的电压降相近。直流集电电缆主要采用直埋敷设方式，在计算载流量及选择绝缘护套时考虑环境温度、土壤热阻率、水分迁移、地下水位、冻土深度、土壤腐蚀性、电缆排布等因素。

1.3 逆变器电缆设计

1台500 kW逆变器至升压箱变低压侧的电流将近1000 A，设计一般会采用2根3 mm×240 mm或3根3 mm×185 mm电缆并联使用。1 MW有2台逆变器、1台交流配电柜(800 mm×600 mm×2200 mm)，多根大截面电缆在狭小空间内安装比较困难，安装中可能出现电缆终端与铜排接触不紧密、电缆密集造成温升过高、电缆终端头数量多导致安全可靠性降低的问题。

并网逆变器和升压箱变为不同厂家的定型设备，均采用下进线电缆接线方式，采用铜排连接可能导致设备产生问题。针对上述情况，并网逆变器至升压变压器的导体可采用环氧树脂浇注封闭式母线；或是设计人员在设备订货时，协调设备厂家将其连接方式改为铜排连接，提高施工的便捷性，使运行安全可靠。

图1 交流配电柜电缆接线图片

2 结语

一个具有丰富的光伏电站设计经验、设计业务能力强，并且深入了解光伏发电工程情况的设计人，在光伏电站电缆设计方面可提供给业主非常优秀的设计方案。科学合理的设计方案可大幅减少电缆使用量，降低工程购买电缆和电缆施工费用，同时降低光伏发电系统中电能在电缆上的损耗，提高系统发电量。在光伏发电站25年的运行期内，不应因设计不合理而出现电缆线路损耗过大、故障频发、提前老化造成运行维护成本高、发电量低等问题。光伏发电系统为一个新型电源，深入研究其电缆设计方面的问题有重要意义。

[1] 范载云.新能源工程及装备用电缆——奔向高端制造[A].中国电工技术学会电线电缆专业委员会2010学术年会[C].成都, 2010.

[2] 王昆, 张勇, 郭俭旭. 光伏电缆的研制与产业化[A]. 中国电工技术学会电线电缆专业委员会2010学术年会[C].成都, 2010.

[3] GB500217, 电力工程电缆设计规范[S].

[4] GB50797-2012, 光伏发电站设计规范[S].