孫錄貴

摘 要：光伏發(fā)電系統(tǒng)需要成片區(qū)的太陽(yáng)能電池板作為基礎(chǔ)，為了盡量減小對(duì)土地的浪費(fèi)，大型太陽(yáng)能光伏發(fā)電站往往都建設(shè)在偏離城鎮(zhèn)的山坡上，環(huán)境空曠，周邊沒(méi)有高大建筑物防護(hù)，其本身就處于雷擊高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，而且山區(qū)土壤電阻率較高，輻射范圍大，電站內(nèi)電氣設(shè)備較多，因而確保防雷接地質(zhì)量尤為重要。該文通過(guò)分析埇橋區(qū)謝集鄉(xiāng)宣楊村20MW地面光伏電站項(xiàng)目一期工程遇到的實(shí)際問(wèn)題，探究在高阻區(qū)的山坡上完成光伏發(fā)電系統(tǒng)防雷接地技術(shù)的方法，使光伏發(fā)電接地系統(tǒng)在符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，做到“因地制宜、經(jīng)濟(jì)合理”并加以推廣運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；光伏發(fā)電；防雷；技術(shù)

中圖分類號(hào) TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2015）23-106-03

Research and Application on Lightning Protection Grounding Technology for Large Scale Photovoltaic Power Generation System in Mountainous Areas

Sun Lugui

（Suzhou Meteorological Bureau，Suzhou 234000，China）

Abstract：Photovoltaic power generation system is based on a film area of solar panels. In order to avoid the waste of land resources，generally large-scale solar photovoltaic generation stations are built on the hillside far away from the town，where is empty，without high-buildings，in high risk area of lightning.It is especially important to make sure the quality of lightning protection earthing electrodes for the electrical resistivity of mountains soil is very high，furthermore it with largescope of radiation，much electrical equipment in power station.In this article，explored the photovoltaic power generation system on the slope of the high resistance of grounding technology theory method by twenty MW ground actual problems in the first phase of the photovoltaic powers station project in Xuanyang village Xieji town Yongqiao district. Make the photovoltaic power grounding system in accordance with the requirements of the drawings design basis.Achieve “adjust measures to local conditions，economic and reasonable”. Finally the popularization and application of the conclution can be maken.

Key words：The solar energy；Photovoltaic power generation；Lightning protection；Technology

近年來(lái)，隨著半導(dǎo)體材料科學(xué)的飛速發(fā)展，新能源發(fā)電得到了廣泛應(yīng)用，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)由于其高效性、高穩(wěn)定性以及較好的經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)，越來(lái)越得到人們的青睞，被稱為最理想的新能源。宿州市云陽(yáng)新能源發(fā)電有限公司埇橋區(qū)謝集鄉(xiāng)宣楊村20MW地面光伏電站項(xiàng)目，總占地面積40.258 2hm2，選用78 408塊255Wp多晶硅光伏組件、18套1MW預(yù)裝式逆變機(jī)房、18臺(tái)1 000kVA升壓變壓器和1座35kV匯流站，采用1回35kV出線接入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)，工程建設(shè)期為6個(gè)月，生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)期為25a。項(xiàng)目為宿州市首家規(guī)模較大的山區(qū)光伏發(fā)電項(xiàng)目，也是宿州市委、市政府重大招商引資項(xiàng)目，現(xiàn)一期工程并網(wǎng)在即。然而，由于宣楊村山區(qū)土壤條件較差，防雷接地電阻值合格率僅達(dá)6%，不符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，給光伏系統(tǒng)運(yùn)行帶來(lái)了較大防雷安全隱患。

1 太陽(yáng)能光伏電池方陣地形、地貌

已建宣揚(yáng)村西南山坡、南山坡、東南山坡太陽(yáng)能光伏電池方陣屬于丘陵地貌，西南距宿州市區(qū)約40km，西北距徐州市區(qū)約40km，處于皖北山區(qū)向平原過(guò)渡的地帶，地勢(shì)起伏不大，地面高程約48～110m，光伏陣列主要利用西南山坡、南山坡或東南山坡進(jìn)行布置，是較理想的光伏電站建設(shè)場(chǎng)區(qū)。但區(qū)內(nèi)地勢(shì)起伏較大，基巖埋藏較淺，頂部大部分為直接裸露，除少數(shù)為酸性或基性巖漿巖外，主要為奧陶紀(jì)-寒武紀(jì)的石灰?guī)r及少量砂巖、頁(yè)巖。巖石風(fēng)化現(xiàn)象嚴(yán)重，有時(shí)表層為殘積物覆蓋，谷底堆積有較厚的洪積物、坡積物或沖積物，丘陵邊緣地帶有新近沉積的松散堆積物。區(qū)內(nèi)的水熱條件雖不足以使灰?guī)r發(fā)育成大規(guī)模德克斯特地貌，但崎嶇牙石發(fā)育相當(dāng)普遍。

2 光伏電站項(xiàng)目防雷接地系統(tǒng)驗(yàn)收中遇到的問(wèn)題

埇橋區(qū)謝集鄉(xiāng)宣楊村20MW地面光伏電站項(xiàng)目場(chǎng)址位于宿州市埇橋區(qū)謝集鄉(xiāng)宣揚(yáng)村附近，中心坐標(biāo)約為N33.97°、E117.39°，光伏列陣主要利用西南山坡（即1區(qū)）、南山坡（即2區(qū)）或東南山坡（即3區(qū)）進(jìn)行布置，而大部分山體由硬石塊構(gòu)成，目前該項(xiàng)目已進(jìn)入生產(chǎn)運(yùn)行階段，按照河北能源工程設(shè)計(jì)有限公司設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的圖紙，設(shè)計(jì)接地電阻不大于4Ω。該太陽(yáng)能光伏發(fā)電站的接地網(wǎng)已經(jīng)竣工，經(jīng)宿州市防雷中心檢測(cè)所檢測(cè)：20MW地面光伏電站項(xiàng)目建筑物及變電站的防雷接地符合設(shè)計(jì)要求，為防止雷電侵入波和內(nèi)部過(guò)電壓的損壞電氣設(shè)備，在35kV線路出口處設(shè)一組氧化鋅避雷器，35kV配電裝置母線設(shè)有無(wú)間隙金屬氧化物避雷器，箱式變、直流配電柜、匯流箱內(nèi)均逐級(jí)裝設(shè)避雷器均符合設(shè)計(jì)要求。3個(gè)光伏組件列陣區(qū)除1區(qū)35KV1-1#箱變、35KV1-10#箱變、1MW、10MW預(yù)裝式逆變機(jī)房覆蓋的光伏組件列陣等接地電阻值1.78Ω符合設(shè)計(jì)要求，山坡越高，阻值俞大，1區(qū)35KV1-5#箱變覆蓋的光伏組件列陣達(dá)58.20Ω，有的甚至更高，尤其3區(qū)，不符合電阻值設(shè)計(jì)≤4Ω的要求。同時(shí)在2區(qū)、3區(qū)選取不同測(cè)試點(diǎn)，沒(méi)有一處電阻值符合設(shè)計(jì)≤4Ω的要求。

3 光伏電站項(xiàng)目防雷接地系統(tǒng)阻值大的原因分析

根據(jù)QX/T263-2015氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》4.2條的規(guī)定：太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)宜利用包覆固定光伏組件的金屬邊框作接閃器，不存在遮擋太陽(yáng)光的問(wèn)題，只要注意突出部位，并將支架良好接地，即可達(dá)到防雷效果，大型光伏電站光伏陣列防雷宜采用此種方式。該光伏組件接地網(wǎng)采用以水平接地網(wǎng)為主，垂直接地極為輔主，邊緣閉合的方孔復(fù)合式接地網(wǎng)，網(wǎng)孔距離5～6m。水平接地極采用-50×5熱鍍鋅扁鋼，垂直接地極采用φ20，L=2.5m鋼管，并與水平敷設(shè)的扁鋼焊接連貫通，整個(gè)接地網(wǎng)敷設(shè)在距地面以下1.0m，或建構(gòu)筑物基礎(chǔ)以下0.4m。根據(jù)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《交流電氣裝置的接地》DL/T621-1997附錄A中的規(guī)定，大型復(fù)合接地網(wǎng)接地電阻值可以用簡(jiǎn)易公式來(lái)計(jì)算：

[R=0.5ρ/S]

式中：R—接地網(wǎng)的接地電阻，Ω；[ρ]—土壤電阻率，Ω·m；S—接地網(wǎng)的面積，m2。

接地網(wǎng)的接地電阻與土壤電阻率ρ成正比，與接地網(wǎng)的面積的開(kāi)放值S成反比。由于土壤電阻率高，最高處達(dá)550Ω·m，土質(zhì)差，巖石多，接地體埋深不夠，地網(wǎng)面積小，造成1區(qū)35KV1-5#箱變覆蓋的光伏組件列陣達(dá)58.20Ω。為了保證光伏發(fā)電接地系統(tǒng)符合設(shè)計(jì)要求，根據(jù)多次實(shí)地現(xiàn)場(chǎng)勘查，并結(jié)合多年的防雷經(jīng)驗(yàn)和平原地區(qū)土壤價(jià)廉，降低接地工程造價(jià)，采用最經(jīng)濟(jì)、合理的小型接地網(wǎng)，探究山區(qū)光伏發(fā)電系統(tǒng)防雷接地符合設(shè)計(jì)要求的方式方法。

4 光伏電站項(xiàng)目防雷接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

已建光伏發(fā)電防雷接地系統(tǒng)站址總體地勢(shì)北高南低，光伏列陣主要利用西南山坡（即1區(qū)）、南山坡（即2區(qū)）或東南山坡（即3區(qū)）進(jìn)行布置，而大部分山體由硬石塊構(gòu)成，太陽(yáng)能光伏陣列分布范圍大，且形狀也不規(guī)則，這給防雷接地的設(shè)計(jì)及施工增加了難度。根據(jù)多次現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘察，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域地形實(shí)際情況，選取1區(qū)作為光伏發(fā)電系統(tǒng)防雷接地實(shí)驗(yàn)區(qū)，探究切實(shí)可行的小型接地網(wǎng)的方式方法，成功后在2區(qū)、3區(qū)逐一推廣并在符離、曹村等光伏項(xiàng)目中得以應(yīng)用，達(dá)到光伏發(fā)電系統(tǒng)防雷接地技術(shù)探究的目的。具體做法：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查在1區(qū)（共1#～11#光伏方陣）選取3塊區(qū)域作小型接地網(wǎng)，因?yàn)?塊區(qū)域位置處1區(qū)3個(gè)代表地段，且3個(gè)代表地段處于路側(cè)都有1～4m的自然坑道，便于施工。即選取35kV開(kāi)關(guān)柜1-5#箱變路西南側(cè)、選取35kV開(kāi)關(guān)柜1-9#箱變北側(cè)（深約4m，長(zhǎng)、寬距離超過(guò)6m）及選取35kV 開(kāi)關(guān)柜1-11#箱變路西側(cè)（沉約1m，長(zhǎng)、寬距離超過(guò)8m）作小型接地網(wǎng)，并以35kV開(kāi)關(guān)柜1-5#箱變路西南側(cè)作小型接地網(wǎng)為例，設(shè)計(jì)施工具體做法如下：根據(jù)實(shí)地勘察，并利用35kV開(kāi)關(guān)柜1-5#箱變及路基開(kāi)挖過(guò)得長(zhǎng)約14m，寬約2～7m，深約1m的自然坑道，選取中部網(wǎng)格尺寸8m×4m，用挖機(jī)再挖沉2m，按8m×4m網(wǎng)格1m尺寸縱橫間隔打入32根垂直接地體，打入深度0.5m。垂直接地體可采用不小于50㎜×50㎜×5㎜的熱鍍鋅角鋼或φ50㎜/壁厚不小于3.5㎜的熱鍍鋅鋼管。32根垂直接地體打入坑道后，用粘土覆蓋約1m，在深約2m處焊接水平接地體，水平接地體可采用50㎜×5㎜的熱鍍鋅扁鋼焊接成網(wǎng)孔不大于1m×1m的面積8m×4m的扁鋼網(wǎng)，水平接地體與垂直接地體連線用50㎜×5㎜的熱鍍鋅扁鋼焊接，并在四角分別引出小型接地網(wǎng)，所有接地體周圍裹以150～200㎜厚的長(zhǎng)效降阻劑，上層再覆蓋1.8m粘土（圖1）。

小型接地網(wǎng)最上層用0.2m混凝土覆蓋，并在小型接地網(wǎng)北側(cè)兩頭分別預(yù)留一個(gè)0.1m直徑的注水空，以便雨水侵入或人工注水，降低接地降阻值。實(shí)測(cè)引出水平接地體的電阻值，如不大于4Ω，與就近太陽(yáng)能光伏鋼柱基礎(chǔ)接地可靠連接，并按此方法做好1-9#箱變北側(cè)、1-11#箱變路西側(cè)小型接地網(wǎng)，若接地電阻符合要求，將1-9#、1-11#連接到總的接地網(wǎng)上。若不符合要求，還需合理增補(bǔ)小型接地網(wǎng)，直到電阻值符合設(shè)計(jì)要求為止。

5 結(jié)論

通過(guò)山區(qū)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)防雷接地技術(shù)的探究，為宿州市云陽(yáng)新能源發(fā)電有限公司埇橋區(qū)謝集鄉(xiāng)宣楊村20MW地面光伏電站項(xiàng)目接地系統(tǒng)作出完善的設(shè)計(jì)，并在該項(xiàng)目后期建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用，為宿州市大電阻率山區(qū)光伏發(fā)電系統(tǒng)防雷接地技術(shù)提供很好的解決方案，在實(shí)際應(yīng)用中產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，在雷電災(zāi)害防御方面具有重要意義。

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（責(zé)編：張宏民）