地面光伏发电站电气系统设计主要环节探讨

刘婧

摘 要：本文主要根据工程设计经验及相关规范，从从电气主接线设计、防雷接地，电缆敷设等对光电站设计施工运行影响比较大几个方面对光伏电站的电气系统设计进行了探讨。

关键词：光伏；电站；电气；系统；设计

近年来，国内地面并网光伏电站发展十分迅速，为了保证光伏电站安全可靠运行，光伏电站中电气系统的设计就显得尤为重要，本文根据工程设计经验及相关规范，从电气主接线设计、防雷接地，电缆敷设等对光电站设计施工运行影响比较大几个方面对光伏电站的电气系统设计进行了探讨。

一、光伏电站电气主接线设计

电气主接线设计应根据电站的装机规模、电池阵列布置、接入系统方式、场站布置及设备特点等因素综合考虑，使其能应满足供电可靠、运行灵活、接线简明、便于操作检修和节约投资的原则。当光伏电站以35kV或更高等级升压时，此时电站内部接线存在1级或2级升压情况，应重点对所可能实施的主接线形式从技术，经济两方面进行比较后确定。

光伏电站光站用电系统电压采用0.38kV等级，站用电系统采用动力与照明网络共用的中性点直接接地系统。当经济技术合理时，站用电工作电源从外网引接，备用电源由光伏电站发电母线引接，两路电源之间设置备用电源自动投入装置。当光伏电站规模较小时，电站占地面积也较小，逆变器区域负荷用电建议自站用电低压配电装置引接；而光伏电站规模较大，占地较大，考虑电缆压降较大选取电缆截面较大，逆变器区域负荷用电建议由箱变低压侧引接，相邻箱变可互为备用。

二、光伏电站的防雷接地设计

（一）光伏电站防雷

光伏电站的防雷是一个系统而且重要的工程，必须内部、外部措施综合考虑。工程的防雷设计应本着遵循“整体防御、综合治理、多重保护、层层设防”的方针，依据相关规程、规范，力求最大限度地避免由于雷击造成重要設备损害。

雷击造成的危害有很多形式，主要包括直击雷击、感应雷击和雷电反击三种，在工程设计中，针对不同的建筑物和雷击形式，采用不同的防护措施如下：

1.直击雷防护

并网发电工程中，电池组件等光伏设备的布置区域广泛、高度差别不大，如设置独立避雷装置，保护范围有限，设置数量较多，会造成工程成本的增加，如果设置不当还会出现遮挡太阳光线、影响发电效率的情况。根据《建筑物防雷设计规范》的规定，光伏阵列属于三类防雷建筑物，可采用将金属构件可靠连接接地的方式。所以对于光伏组件可采用把所有电池组件、方阵支架上的金属构件与站区内的主接地网有效相连的方式，以达到防雷的目的。一旦出现直击雷击中电池组件的金属框架，已预先设计好的接地通路就可将雷电流顺利引入大地分散消除。而光伏电站建筑物则只需设置屋顶避雷带即可。

2.感应雷防护

感应雷由静电感应产生，也可由电磁感应产生，形成感应雷电压的机率很高，对建筑物内的电子设备造成较大的威胁，光伏发电系统的防感应雷工作重点是防止感应雷由外界线路侵入室内设备。入侵光伏系统的雷电过电压过电流主要有以下两个个途径：1.由交流并网供电线路入侵。2.由光伏系统的组件方阵直流线路入侵。此时应在光伏系统直流汇流箱、并网逆变器内部的交，直流侧设置防雷击保护装置对线路作直击雷保护。在各箱变或开关柜进出线均设置无间隙金属氧化锌避雷器对感应雷进行防护。

（二）光伏系统的接地

1.接地网的通常设计

光伏电站接地网采用以水平接地网为主，垂直接地极为辅主，边缘闭合的方孔复合式接地网，水平接地极拟采用热镀锌扁钢，具体规格根据实际工程详细设计，垂直接地极易采用？25，L=2.5m镀锌钢管，并与水平敷设的扁钢焊接连贯通，连接成网。建筑物屋顶避雷带引下与主地网连接处，设置必要的垂直接地极，以保证冲击电位时散流，为防止可能的绕击、侧击和球雷等情况，建筑物的梁、柱钢筋应焊接成一体，作为自然接地体与主地网相连接。

2.接地网防腐设计

通过对电站接地装置事故统计表明，接地装置腐蚀是造成接地装置事故的主要原因之一。电站接地装置一般都采取防腐措施，但方法并不一致，对于不同的工程应对这些防腐蚀措施进行比较分析，从而推荐出最佳防腐措施。

（1）接地装置采用热镀锌材料。采用热镀锌扁钢是多数变电站接地装置采用的防腐措施，它主要利用高温热浸时所形成的锌合金层本身的防腐特征。按照满足热稳定要求的扁钢最小截面计算，如无当地土壤腐蚀率时，按已有工程经验考虑每年平均腐蚀0.1mm，截面还应增加50%。

（2）接地装置采用铜材。主要是考虑到变电站接地装置的重要性和铜的耐腐蚀性和稳定性。据资料介绍，铜腐蚀不存在点蚀，属表面均匀腐蚀，铜在土壤中的腐蚀速度大约是钢材的（1/5）～（1/10）。从防腐上来讲铜接地网的防腐性能明显优于热镀锌扁钢，但从工程投资方面上考虑，采用铜接地网的投资成倍地高于热镀锌扁钢地网投资。

（3）阴极保护法。电站中采用埋入电位更负的活泼金属与被保护金属偶接，从而具有减缓或阻止腐蚀的作用。根据提供保护电流方式的不同，阴极保护法又可分为牺牲阳极和外加电流两种。

三、光伏电站电缆敷设设计

平地光伏电站光伏阵列区域电缆宜采用直埋敷设，直埋电缆宜敷设至冻土之下，由于地面光伏电站大都在西北部，冻土很深，如果直埋则现场工程量则会很大且现场施工时往往不采用回填土。此时应采用耐寒电缆，电缆长度留出裕量，为了防止电缆损伤由冻土层敷设至非冻土层时加穿一段电缆保护管。通过这样的措施既能节省大量投资，又能保证电缆的安全运行。山地光伏电站光伏阵列区域电缆宜采用电缆桥架加直埋相结合的敷设方式，电缆桥架顺地势而敷设，高度不低于40公分，电缆桥架应采用镀锌桥架或玻璃钢桥架。

四、结束语

本文浅谈了地面并网光伏电站电气设计中一些需要关注的要点，并通过这几年的设计经验的总终结中提出一些相对合理的设计方案。为广大设计同仁提出了一点参考和建议。

参考文献：

[1]李忠实.太阳能光伏发电系统设计施工与维护[M].人民邮电出版社，2010.

[2]张兴，曹仁贤.太阳能光伏并网发电及其逆变控制[M].机械工业出版社，2011.

[3]陈慧玲.浅谈独立光伏电站防雷与接地装置[J].华东科技，2005.