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                    防雷技术

                    太阳能光伏发电站防雷检测流程与方法探析

                    发布时间:2017-01-03  
                     引言

                    光伏发电是根据光生电伏特效应原理,利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能,是绿色环保可再生能源。太阳能资源丰富、分布广泛,是21 世纪最具发展潜力的可再生能源。随着全球能源短缺和环境污染等问题日益突出,太阳能光伏发电因其清洁、安全、便利、高效等特点,已成为世界各国普遍关注和重点发展的新兴产业。由于太阳能光伏发电站一般建在空旷地带,易遭到雷击,因此雷电防护工作非常重要。虽然发电站在建设时根据现行标准设置了防雷装置,但其防护效果如何需要防雷检测来验证。目前,国内还没有针对光伏发电站防雷检测的国家规范,因此,探讨太阳能光伏发电站的防雷检测流程与方法,具有一定的必要性和实用性。

                    1太阳能光伏电站组成

                    太阳能光伏电厂是通过将太阳能光伏组件串并联组成光伏阵列,光伏阵列将太阳能转变成直流电能,经直流配电柜汇流、逆变器逆变、变压器升压后,接入中压或高压电网,由电网统一分配电力。光伏电站一般由两部分构成,即升压站和光伏阵列区。

                    1.1 升压站

                    升压站一般包括主控室(继保室)、变电装置、配电室(高压配电室、低压配电室、gis 室等)以及其他附属设施及生活设施等。

                    1.2 光伏阵列区

                    光伏阵列区主要包括:

                    光伏阵列或光伏方阵,是由若干个光伏组件或光伏板在机械和电气上按一定方式组装在一起并且具有固定的支撑结构而构成的直流发电单元;

                    光伏汇流箱,将若干个光伏组件输出线路有序连接、具有汇流功能的连接箱体,汇流箱内部还会安装熔断器、电涌保护器等保护器件;

                    箱式逆变器,箱内包含直流配电柜、逆变器柜、交流配电柜以及通讯机柜等;

                    箱式变压器,主要功能是将逆变器输出的交流电进行升压,以便将电能传输到升压站。

                    2防雷设施构成

                    太阳能光伏发电站因其自身功能结构,其防雷装置涵盖了外部防雷装置与内部防雷装置,具体组成如下:

                     

                    2.1 外部防雷装置

                    2.1.1 接闪器

                    太阳能光伏发电站的接闪器主要包括升压站建构筑物天面的接闪带,变电装置的接闪杆,光伏阵列区域监控杆上端设置的短接闪杆以及可视为接闪器的光伏板金属支架。


                    2.1.2 引下线

                    太阳能光伏发电站防雷装置的引下线一般采用建筑物结构柱内钢筋或接闪器自身支撑杆,前者属于隐蔽工程无法进行检测,后者仅需检查其锈蚀情况。


                    2.1.3 接地装置

                    太阳能光伏发电站接地装置主要包括两个接地网,即升压站输变电接地网以及光伏阵列区域利用光伏板支撑架基础及其连接扁钢组成的接地网。

                     

                    2.2 内部防雷装置

                    2.2.1 等电位连接措施

                    太阳能光伏发电站的等电位连接既包括升压站内继保室内机柜、设备与等电位连接带的连接,变配电装置与接地预留点的连接等;也包括光伏矩阵内各阵列、组串之间的等电位连接。


                    2.2.2 屏蔽措施

                    升压站内进入建筑物的各类线缆的线槽、金属套管、铠装电缆屏蔽层的接地以及继保室的机房屏蔽措施,以及光伏阵列区内线缆的屏蔽措施,如线槽各部分的连通性及其接地性能。


                    2.2.3 电涌保护器(SPD)

                    太阳能光伏发电站设置在升压站内总配电柜的第一级电涌保护器,以及设置在各二级配电箱(如楼层配电箱、继保室配电箱等)的第二级电涌保护器;此外,在各重要信息机构前端宜设置第三级电涌保护。

                    3防雷检测流程与内容

                    3.1 检测流程

                    3.1.1 检测前期准备

                    在实施光伏发电站检测前应做好准备工作,通过现场勘测以及查阅图纸,对光伏电站结构以及主要设备初步了解,以确定检测内容和方式;根据前期勘察,结合防雷检测要求,制定详实的作业指导书;同时应根据现场特点准备安全帽、防静电工作服、绝缘手套等劳保用品,以保障检测人员人身安全;此外,在进入现场前检测人员应了解现场安全管理的规定。


                    3.1.2 现场检测流程

                    根据太阳能光伏发电站功能区域和防雷设施构成,现场检测可以分以下三步进行:

                    1)检测升压站大地网及变电设施的接地。

                    2)检测升压站建(构)筑物及其内部设施设备的防雷与接地设施。

                    3)检测各光伏矩阵的接地网的接地电阻,以及各光伏组串金属构建、汇流箱、逆变器以及箱式变压器的防雷装置。

                     

                    3.2 检测内容

                    3.2.1 升压站

                    1)测试升压站大地网接地电阻值、跨步电压、接触电势,并将升压站地网网格化,以后期绘制升压站地表电位梯度图;测试升压站变电设施设备与接地引出端子的连通情况。升压站接地电阻值要求根据图纸设计而定,一般要求不大于1Ω,高山站由于地质、地形限制,难以达到要求可放宽到不大于4Ω。


                    2)测试升压站建构筑物的接闪器、接地测试卡与升压站接地引出端子的连通情况;测量建筑物内部MEB、继保室LEB、各配电箱等与升压站大地网接地引出端子的连通情况。


                    3)检测继保室各机柜、设备、静电地板支架、金属门窗、屏蔽幕墙、线槽、走线架等与机房LEB 的连接情况。


                    4)检查设置在变配电室低压柜中的第一级SPD,设置在各二级配电箱(如楼层配电箱、继保室配电箱等)的第一级SPD 以及作为第三级精细化保护的SPD 性能参数标识、运行状况、安装工艺等,并测量其压敏电压、漏电流等数据。


                    3.2.2 光伏阵列区

                    1)检测光伏阵列区接地网的接地电阻值。阵列区内所有设备共用一个地网,该地网一般由人工接地体和自然接地体共同组成。参照一些行业标准及光伏电站相关标准,光伏阵列区接地电阻值不宜大于4 欧姆,在实际检测中还应参考电站设计图纸对地网接地电阻值的要求,若图纸要求更高,则应按照图纸要求进行检测。测量时建议以箱式变压器接地连接线为测试点,(通常为‐4×40mm 热镀锌扁钢),并将测试电极设置在光伏阵列区以外。


                    2)检测光伏阵列区等电位连接状况与线缆屏蔽措施。为了防止闪电电涌侵入和人身电击事故,光伏阵列区内所有正常不带电设备金属外壳和构筑物金属部件均应直接或通过等电位端子与地网进行可靠连接。阵列区内设备和构筑物金属部件包括箱式变压器、逆变器及附属设备金属外壳、汇流箱金属外壳、光伏组件金属支架、太阳能电池板金属边框等。箱式变压器、箱式逆变器外壳应就近与地网可靠连接,变压器和逆变器内设备与外壳电气接;每排光伏组件的金属固定构建之间均应电气连接,金属固定件应与接地装置电气连接;汇流箱、铠装线缆屏蔽层、太阳能电池板金属边框均应与光伏构件电气连接。检测时应测试以上各连接部件与接地测试基准点的导通电阻值,其值应不大于0.2 欧姆,同时应检查等电位连接的材料和最小截面积,其参数应符合gb50057‐2010 表5.1.2 条的要求。


                    3)检测光伏阵列区电涌保护器。为了防止雷电过电压或者其他故障过电压沿输电线路对各设备造成损坏,在以下位置一般设置了电涌保护器(SPD)进行防护:光伏汇流箱内安装直流电源SPD;箱式逆变器内逆变器直流输入端(即直流配电柜)安装直流电源SPD,逆变器交流输出端(即交流配电柜)安装交流SPD;箱式变压器内低压柜应安装交流电源SPD。检测是应检测SPD 的工作状态,连接线连接状况、压敏电压、漏电流等内容,首次检测时还需对SPD 性能参数、能量配合等进行分析判断。

                    4检测技术难点与解决方法 

                    4.1 升压站大地网电位梯度分布的检测

                    升压站场区地表电位梯度是一个重要的表征接地装置状况的参数,大型接地装置的状况评估和验收试验应测试接地装置所在场区的电位梯度分布曲线。在测量升压站场区地表电位梯度前,应对查阅设计图纸,掌握地网的分布区域,设置测试线路,形成网格化,一般至少采用“井”字型设置(如图1),测试间距宜为1m。测试时一般采用大功率变频信号源提供异频测试电流源,利用耦合变压器提高测试电流,同时采用高精度多功能选频万用表测量所选取的基准点与其它地表测试点的电势差。基准点一般选取测试大地网接地电阻时的接地点。


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