內(nèi)蒙古神舟光伏電力有限公司 ■ 司德亮 蘇洪濤 祁東婷 張文華

東北電力設(shè)計(jì)院 ■ 張樹(shù)森

一 引言

隨著可再生能源的發(fā)展，大型并網(wǎng)型光伏電站的多種技術(shù)方案得到了應(yīng)用。在寧夏、甘肅、云南等地相繼建成了寧夏石嘴山、中節(jié)能太陽(yáng)山、寧發(fā)太陽(yáng)山等并網(wǎng)光伏電站，而敦煌、呼和浩特等項(xiàng)目則正處于施工階段。這些并網(wǎng)型光伏電站的建設(shè)、投入使用對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電應(yīng)用的快速發(fā)展起到了極大的推動(dòng)作用。

《中華人民共和國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化法》第二條第四款要求建設(shè)工程的設(shè)計(jì)、施工方法和安全要求應(yīng)當(dāng)制定標(biāo)準(zhǔn)。光伏發(fā)電工程屬于建設(shè)工程，為了光伏發(fā)電工程的健康發(fā)展應(yīng)當(dāng)制定標(biāo)準(zhǔn)?！稑?biāo)準(zhǔn)化工作指南第3部分：引用文件》(GB/T20000.3-2003)第4.6條規(guī)定，在某些領(lǐng)域，沒(méi)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不適用時(shí)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可引用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際有關(guān)文件。目前光伏產(chǎn)品和應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)已具備一定的規(guī)模，并有相當(dāng)數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)等同采用IEC標(biāo)準(zhǔn)，這樣既有利于開(kāi)拓國(guó)際市場(chǎng)，也有利于規(guī)范光伏產(chǎn)品市場(chǎng)。但現(xiàn)行的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)配套還不全，有資料顯示，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)正在積極策劃開(kāi)展此項(xiàng)工作。

由于現(xiàn)階段并網(wǎng)型光伏電站的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)配套不全，因此相關(guān)工程的設(shè)計(jì)中參考了火力發(fā)電廠、輸變電工程的設(shè)計(jì)理念。由于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，所以在工程實(shí)踐中出現(xiàn)各種不同的設(shè)計(jì)方案也不難理解。

目前主要使用的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)包括：

(1)(GB/T18479-2001)等同采用IEC 61277(1995)《地面用光伏(PV)發(fā)電系統(tǒng)－概述及導(dǎo)則》；

(2)(SJ/T11127-1997)等同采用IEC 61173(1992)《光伏(PV)發(fā)電系統(tǒng)的過(guò)壓保護(hù)導(dǎo)則》；

(3)(CECS 84-96)《太陽(yáng)光伏電源系統(tǒng)安裝工程設(shè)計(jì)規(guī)范》。

二 并網(wǎng)型光伏發(fā)電的典型系統(tǒng)接線圖及主要技術(shù)原則

1 并網(wǎng)型光伏發(fā)電的典型系統(tǒng)接線圖

并網(wǎng)型光伏發(fā)電的典型系統(tǒng)接線圖如圖1所示。光伏組件經(jīng)過(guò)串并聯(lián)后，形成光伏陣列，接入防雷匯流箱進(jìn)行一次匯流，形成光伏陣列后，再通過(guò)直流配電柜進(jìn)行二次匯流，接入并網(wǎng)逆變器，經(jīng)逆變器逆變后，接入400V配電裝置，或通過(guò)0.4/10kV升壓變壓器升壓。每個(gè)發(fā)電單元的升壓變經(jīng)電纜接入布置于開(kāi)關(guān)站內(nèi)的10/35kV配電裝置。最終，通過(guò)一回10/35kV線路并網(wǎng)。

未來(lái)，隨著光伏電站規(guī)模擴(kuò)大至20MW以上，則采取一級(jí)升壓至35kV，匯流升壓至110/220kV的接入方案。

2 電氣主接線

并網(wǎng)型光伏電站的集電線路方案一般采用每個(gè)發(fā)電單元分別接入10kV配電裝置的方案。該方案簡(jiǎn)單清晰、安全可靠、運(yùn)行靈活、便于維護(hù)管理。也有采用匯集到主干線路上的方式。由于10kV、400V配電裝置的進(jìn)出線回路數(shù)較少，一般采用單母線的接線方式。

3 站用電

并網(wǎng)型光伏電站一般設(shè)置兩臺(tái)站用變壓器，一臺(tái)工作變壓器由市電電源引接，另一臺(tái)備用變壓器由發(fā)電廠內(nèi)的高壓配電裝置引接。

站用變壓器一般主要為控制周邊負(fù)荷供電，不為就地逆變站的負(fù)荷供電。由于目前國(guó)內(nèi)光伏發(fā)電的電價(jià)比當(dāng)?shù)剞r(nóng)電或市電價(jià)格高，在實(shí)際運(yùn)行中，通常將引接在施工電源的變壓器作為工作變壓器使用，以降低運(yùn)行成本。同時(shí)，逆變站內(nèi)的暖通、照明等負(fù)荷也由于電價(jià)差價(jià)的原因，在實(shí)際運(yùn)行中，由站用變壓器進(jìn)行遠(yuǎn)距離低電壓供電。

有些國(guó)外供貨的整套發(fā)電單元(一般為1MW)，自用的暖通、照明等負(fù)荷電源是由發(fā)電單元內(nèi)的400V配電裝置引接。

4 中性點(diǎn)接地方式

10kV中性點(diǎn)的接地方式應(yīng)與接入電網(wǎng)的實(shí)際情況相適應(yīng)。個(gè)別光伏電站推薦采用站內(nèi)獨(dú)立的接地方式，在不設(shè)置隔離變壓器的情況下，會(huì)造成相關(guān)10kV配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行困難。400V中性點(diǎn)采用直接接地的接地方式。

5 主要電氣設(shè)備選擇

斷路器的額定參數(shù)按照不小于實(shí)際情況進(jìn)行選擇；開(kāi)斷電流(即能夠斷開(kāi)短路電流大小的能力)的選擇，按照在系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下斷路器設(shè)置點(diǎn)發(fā)生三相短路電流值大小進(jìn)行選擇。例如：光伏并網(wǎng)電站10kV斷路器，額定電壓應(yīng)不小于10kV，開(kāi)斷電流一般選為25kA、31.5kA。配電裝置采用戶內(nèi)鎧裝式交流金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備；400V短路的開(kāi)斷電流一般選為40kA、50kA，配電裝置采用全封閉抽出式低壓成套開(kāi)關(guān)設(shè)備。

升壓變壓器的容量宜與接入逆變器的容量相匹配，如接入變壓器為兩臺(tái)500kW逆變器，則變壓器容量可選1000kVA。

工程中應(yīng)用有油浸式、干式和非晶合金變壓器。油浸式變壓器的初始投資略低，但維護(hù)困難；干式變壓器的運(yùn)行維護(hù)非常方便；非晶合金變壓器的空載損耗低，但造價(jià)高。綜合考慮，干式變壓器應(yīng)為首選的變壓器型式。此外，當(dāng)一臺(tái)變壓器僅接入兩臺(tái)逆變器時(shí)，可選擇雙分裂變壓器，理論上可提高千分之幾的效率，但應(yīng)注意核算配套交流匯流裝置以后的實(shí)際成本。

6 過(guò)電壓保護(hù)及接地

按照《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合》(DL/T620-1997)第7.1.2條的規(guī)定，發(fā)電廠的主廠房、主控制室和配電裝置室一般不裝設(shè)直擊雷保護(hù)裝置，雷電活動(dòng)特殊強(qiáng)烈地區(qū)的主廠房、主控制室和配電裝置室宜裝設(shè)直擊雷保護(hù)裝置。因此，并網(wǎng)型光伏發(fā)電廠的主控制室和10kV配電裝置室(通常為一個(gè)建筑物)可不裝設(shè)直擊雷保護(hù)裝置。

《光伏(PV)發(fā)電系統(tǒng)的過(guò)壓保護(hù)導(dǎo)則》(SJ/T11127-1997)第4.4條規(guī)定，在確定是否需要架設(shè)避雷裝置時(shí)，應(yīng)考慮下列各項(xiàng)因素：人員安全；直接雷擊于系統(tǒng)上對(duì)運(yùn)行的影響；避雷擊裝置的造價(jià)與直接雷擊的幾率和更換損壞元件的費(fèi)用之間的關(guān)系；由于避雷裝置陰影引起的系統(tǒng)性能損失?？紤]到光伏陣列現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守、并網(wǎng)型光伏發(fā)電廠不配置蓄電池、雷擊的幾率較低且費(fèi)用可以接受、避雷裝置將引起占地面積的增加等因素，并網(wǎng)型光伏發(fā)電廠不推薦設(shè)置避雷裝置。

根據(jù)《交流電氣裝置的接地》(DL/T621-1997)第5.1.1條規(guī)定，并網(wǎng)型光伏電站電氣裝置的接地電阻應(yīng)符合且應(yīng)不大于4?。由于并網(wǎng)型光伏電站占地較大，接地電阻一般可達(dá)到要求。

7 電纜設(shè)施

電纜設(shè)施應(yīng)依據(jù)《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50217-2007及其《條文說(shuō)明》進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工。

控制室和逆變站內(nèi)設(shè)置電纜溝道，光伏陣列內(nèi)的電纜敷設(shè)一般推薦采用直埋方式，具體情況視現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件、凍土、是否合并控制電纜通道等情況而定。

由于并網(wǎng)型光伏電站多數(shù)處于寒冷地區(qū)，在?15℃以下的低溫環(huán)境，應(yīng)按低溫條件和絕緣類型要求，選用交聯(lián)聚乙烯、聚乙烯絕緣、耐寒橡皮絕緣電纜，其電纜擠塑外護(hù)層宜選用聚乙烯外護(hù)層。北方低溫環(huán)境不宜選用聚氯乙稀絕緣電纜。

8 消防給水

變電站內(nèi)建筑物滿足耐火等級(jí)不低于二級(jí)，體積不超過(guò)3000m3，且火災(zāi)危險(xiǎn)性為戊類時(shí)，可不設(shè)消防給水。

9 暖通

工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，逆變器的發(fā)熱量很大，造成逆變站內(nèi)的溫度較高。應(yīng)按照環(huán)境條件，進(jìn)行詳細(xì)的通風(fēng)量計(jì)算。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，逆變站可不設(shè)專門采暖裝置。

三 特別說(shuō)明的幾個(gè)問(wèn)題

1 電壓等級(jí)的選定

圖1為典型的0.4/10kV系統(tǒng)。電壓等級(jí)的主要選擇原則為：

(1)由于逆變器的交流側(cè)出線電壓還包括315V、270V等不同的電壓等級(jí)，因此采用400V配電裝置是合適的，但實(shí)際運(yùn)行電壓會(huì)根據(jù)逆變器交流側(cè)出線電壓而確定。

(2)逆變站高壓側(cè)10kV配電裝置的電壓等級(jí)一般在10kV、35kV之間做出選擇。

(3)由于各個(gè)工程接入系統(tǒng)情況不同，存在進(jìn)一步升壓至110kV、220kV的送出方案。

2 洪水位

參照小型火電廠，光伏電站的防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇洪水。在具體工程中，要在可行性研究階段明確。

3 積雪深度

太陽(yáng)電池組件與地面之間的最小間距要在0.3m以上，并且應(yīng)大于當(dāng)?shù)貧庀笥涗浀淖畲蠓e雪深度，同時(shí)要考慮組件上積雪滑落后形成的堆積對(duì)組件的影響。

四 結(jié)束語(yǔ)

(1)并網(wǎng)光伏電站屬于新興產(chǎn)業(yè)，還存在一些問(wèn)題，如怎樣降低升壓變壓器的夜間自耗電，薄膜光伏電站逆變器的低溫啟動(dòng)障礙，如何控制由光伏組件個(gè)性差異而導(dǎo)致的串聯(lián)電流、并聯(lián)電壓公差等。

(2)光伏并網(wǎng)電站設(shè)計(jì)和施工相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)尚不完善，國(guó)家相關(guān)部門已啟動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的編制工作，航天光伏應(yīng)積極參與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的研究和制定。

(3)光伏并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備正處于快速發(fā)展時(shí)期，接入電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)也處于不斷探索完善階段，電氣設(shè)計(jì)在降低接入系統(tǒng)造價(jià)方面還有優(yōu)化的空間。

(4)隨著并網(wǎng)光伏電站規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電氣設(shè)計(jì)中還要考慮動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置。