光伏发电站的防雷设计.docx

光伏发电站的防雷设计O引言太阳能是一种干净的可再生的新能源越来越受到人们的青睐在人们生活、工作中有广泛的作用。太阳能光伏发电作为新兴的环保型发电产业得到政府支持开始逐渐发展[l门但国内尚没有一个独立的光伏电站的防雷接地设计规范来确保电站的安全持久运行。目前国内大都依据《建筑物防雷设计规范》l4]进行参照设汁设计结果针对性不强防雷接地效果有待验证。太阳能电池板在太阳光照射下产生直流电众多太阳能电池组件的直流输出是通过电缆串联、并联之后沿电缆槽盒、电缆桥架等送至逆变器经逆变器将直流逆变为交流并升压后送至电网的。在整个太阳能光伏发电的环节中直流输出部分占了很大的比例可以说在大面积的太阳能电池方阵中直流电缆、电缆桥架、直流汇流箱等电气设备是大量穿插布置的。如果将光伏电站作为一个发电系统按照电力系统的有关规范进行设计关注的核心就会是电力系统交流电气设备的防雷接地缺少了对直流电防护的要求。光伏发电项目与电力系统中的常规电站、输变电系统不同即使与小型的输变电工程相比其重要程度和发生灾害后的损失程度也不同简单地采用电力系统有关规范进行交流电气设备的防雷接地设计是不满足光伏发电项目的特征要求的阎。笔者以常州佳讯110.4k脚的光伏并网发电项目为例探讨光伏发电防雷技术。项目安装地为多雷区电池板占地面积广处在位置较高的屋顶根据这些特点以及常州近60年雷暴日和近5年闪电数据分析太阳能电池方阵遭受雷击可能性并参照《建筑物防雷设计规范》(GB50057一2010)和《光伏发电站接入电力系统技术规定》(GB/219964一2005)问等研究太阳能发电站的防雷设计。1项目简介本项目建设地位于江苏省南部常州市新北区属美丽富饶的长江金三角地区江苏省平均年日照数为1400一3000h太阳能资源年理论储量每平方米1130一1530kw时每年每平方米地表吸收的太阳能相当于140一190kg标准煤热量太阳能资源比较丰富开发利用前景较为广阔。本项目共使用230饰组件480块全部为固定安装方式总容量为lro.4kwp每20块组件进行串联共计24串。使用四台6进1出的汇流箱进行汇流后接人直流配电柜再次汇流后接人逆变器。方阵全部安装在佳讯光电办公大楼屋顶中部的南北两侧。北侧安装240块组件共12个组串接人两个6进1出汇流箱;南侧安装240块组件共12个组串也接人两个6进l出汇流箱。方阵汇流后直流电缆通过桥架敷设从大楼中部电缆井直接下至1楼交流配电柜和逆变器放置在1楼车间测试区逆变后直接并人测试区配电柜。光伏发电系统原理框图如图1太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分也是太阳能发电系统中价值最高的部分太阳能量通过电池组件转化为直流电再通过并网逆变器将直流电转化为与电网同频率、同相位的交流电全部或部分给当地负荷供电剩余电力馈人电网或全部电力馈人电网。2雷电特征分析常州位于江苏省南部.属于长江下游地区.北靠长江性气候南临太湖濒临东海属于北亚热带海洋常年气候温和雨量充沛四季分明。境内地势西南略高东北略低高低相差Zm左右。地貌类型属高沙平原山丘平好兼有。南为天目山余脉西为茅山山脉北为宁镇山脉尾部中部和东部为宽广的平原、抒区。独特的气候和地势条件有利于雷暴的发生发展年平均雷暴日约为犯天属于雷暴多发区。太阳能丰富的同时也有敝处就是雷暴频发影响太阳能发电的正常运行。2.1霄撰月变化规律利用最接近项目所在地的常州龙虎塘观测站的1952一2009年雷暴日资料分析项目周围长期雷暴活动规律。常州各月雷暴分布差异明显(图2)全年只有的0.11%的雷暴出现在1月2月也只有0.92%每年3月开始雷暴逐渐增多4月雷暴较5月略多6月雷暴增多明显平均雷暴日达到3.9天7月猛增达到峰值月均雷暴日为9.7天占全年的30.52%8月略有减小平均雷暴日为7.7天而9月雷暴迅速减少至幻天10、n月雷暴都很少发生12月出现雷暴最少和1月的平均雷暴日一样都只有Q04天1、12月几乎不会发生雷暴。针对各月雷暴发生的特点应有效地采取防雷措施发现雷击及时恢复设备正常运行以免影响正常供电。尤其是夏季作为太阳能发电的重要时期雷暴却频繁发生一方面需主动防御时刻关注天气变化实施雷电预警;另一方面应注意防范雷击及时采取补救措施减少雷暴造成的损失。2.2地闪空间分布分析2以巧一2010年常州地区发生的地闪分布特征(图3)地闪密度围绕三个中心向周围逐渐减少最大值出现在金坛中部达到7次瓜mZa其余两个出现在武进以及武进和戚墅堰交界处约为6次瓜mZa。金坛遭受雷击的概率最大其次为常州市中部地区本项目处在地闪密度约为4次瓜mZa的地区地闪相对较少但其处在地闪密度变化区域地闪密度梯度明显增加了其遭受雷击的概率。3防雷设计作为最昂贵的部件太阳能电池方阵占地面积大电池的组件边框采用铝合金电池板均采用角钢、