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    防雷技術

    太陽能光伏發電站防雷檢測流程與方法探析

    發布時間:2018-01-03  
     引言

    光伏發電是根據光生電伏特效應原理,利用太陽電池將太陽光能直接轉化為電能,是綠色環??稍偕茉?。太陽能資源豐富、分布廣泛,是21 世紀最具發展潛力的可再生能源。隨著全球能源短缺和環境污染等問題日益突出,太陽能光伏發電因其清潔、安全、便利、高效等特點,已成為世界各國普遍關注和重點發展的新興產業。由于太陽能光伏發電站一般建在空曠地帶,易遭到雷擊,因此雷電防護工作非常重要。雖然發電站在建設時根據現行標準設置了防雷裝置,但其防護效果如何需要防雷檢測來驗證。目前,國內還沒有針對光伏發電站防雷檢測的國家規范,因此,探討太陽能光伏發電站的防雷檢測流程與方法,具有一定的必要性和實用性。

    1太陽能光伏電站組成

    太陽能光伏電廠是通過將太陽能光伏組件串并聯組成光伏陣列,光伏陣列將太陽能轉變成直流電能,經直流配電柜匯流、逆變器逆變、變壓器升壓后,接入中壓或高壓電網,由電網統一分配電力。光伏電站一般由兩部分構成,即升壓站和光伏陣列區。

    1.1 升壓站

    升壓站一般包括主控室(繼保室)、變電裝置、配電室(高壓配電室、低壓配電室、gis 室等)以及其他附屬設施及生活設施等。

    1.2 光伏陣列區

    光伏陣列區主要包括:

    光伏陣列或光伏方陣,是由若干個光伏組件或光伏板在機械和電氣上按一定方式組裝在一起并且具有固定的支撐結構而構成的直流發電單元;

    光伏匯流箱,將若干個光伏組件輸出線路有序連接、具有匯流功能的連接箱體,匯流箱內部還會安裝熔斷器、電涌保護器等保護器件;

    箱式逆變器,箱內包含直流配電柜、逆變器柜、交流配電柜以及通訊機柜等;

    箱式變壓器,主要功能是將逆變器輸出的交流電進行升壓,以便將電能傳輸到升壓站。

    2防雷設施構成

    太陽能光伏發電站因其自身功能結構,其防雷裝置涵蓋了外部防雷裝置與內部防雷裝置,具體組成如下:

     

    2.1 外部防雷裝置

    2.1.1 接閃器

    太陽能光伏發電站的接閃器主要包括升壓站建構筑物天面的接閃帶,變電裝置的接閃桿,光伏陣列區域監控桿上端設置的短接閃桿以及可視為接閃器的光伏板金屬支架。


    2.1.2 引下線

    太陽能光伏發電站防雷裝置的引下線一般采用建筑物結構柱內鋼筋或接閃器自身支撐桿,前者屬于隱蔽工程無法進行檢測,后者僅需檢查其銹蝕情況。


    2.1.3 接地裝置

    太陽能光伏發電站接地裝置主要包括兩個接地網,即升壓站輸變電接地網以及光伏陣列區域利用光伏板支撐架基礎及其連接扁鋼組成的接地網。

     

    2.2 內部防雷裝置

    2.2.1 等電位連接措施

    太陽能光伏發電站的等電位連接既包括升壓站內繼保室內機柜、設備與等電位連接帶的連接,變配電裝置與接地預留點的連接等;也包括光伏矩陣內各陣列、組串之間的等電位連接。


    2.2.2 屏蔽措施

    升壓站內進入建筑物的各類線纜的線槽、金屬套管、鎧裝電纜屏蔽層的接地以及繼保室的機房屏蔽措施,以及光伏陣列區內線纜的屏蔽措施,如線槽各部分的連通性及其接地性能。


    2.2.3 電涌保護器(SPD)

    太陽能光伏發電站設置在升壓站內總配電柜的第一級電涌保護器,以及設置在各二級配電箱(如樓層配電箱、繼保室配電箱等)的第二級電涌保護器;此外,在各重要信息機構前端宜設置第三級電涌保護。

    3防雷檢測流程與內容

    3.1 檢測流程

    3.1.1 檢測前期準備

    在實施光伏發電站檢測前應做好準備工作,通過現場勘測以及查閱圖紙,對光伏電站結構以及主要設備初步了解,以確定檢測內容和方式;根據前期勘察,結合防雷檢測要求,制定詳實的作業指導書;同時應根據現場特點準備安全帽、防靜電工作服、絕緣手套等勞保用品,以保障檢測人員人身安全;此外,在進入現場前檢測人員應了解現場安全管理的規定。


    3.1.2 現場檢測流程

    根據太陽能光伏發電站功能區域和防雷設施構成,現場檢測可以分以下三步進行:

    1)檢測升壓站大地網及變電設施的接地。

    2)檢測升壓站建(構)筑物及其內部設施設備的防雷與接地設施。

    3)檢測各光伏矩陣的接地網的接地電阻,以及各光伏組串金屬構建、匯流箱、逆變器以及箱式變壓器的防雷裝置。

     

    3.2 檢測內容

    3.2.1 升壓站

    1)測試升壓站大地網接地電阻值、跨步電壓、接觸電勢,并將升壓站地網網格化,以后期繪制升壓站地表電位梯度圖;測試升壓站變電設施設備與接地引出端子的連通情況。升壓站接地電阻值要求根據圖紙設計而定,一般要求不大于1Ω,高山站由于地質、地形限制,難以達到要求可放寬到不大于4Ω。


    2)測試升壓站建構筑物的接閃器、接地測試卡與升壓站接地引出端子的連通情況;測量建筑物內部MEB、繼保室LEB、各配電箱等與升壓站大地網接地引出端子的連通情況。


    3)檢測繼保室各機柜、設備、靜電地板支架、金屬門窗、屏蔽幕墻、線槽、走線架等與機房LEB 的連接情況。


    4)檢查設置在變配電室低壓柜中的第一級SPD,設置在各二級配電箱(如樓層配電箱、繼保室配電箱等)的第一級SPD 以及作為第三級精細化保護的SPD 性能參數標識、運行狀況、安裝工藝等,并測量其壓敏電壓、漏電流等數據。


    3.2.2 光伏陣列區

    1)檢測光伏陣列區接地網的接地電阻值。陣列區內所有設備共用一個地網,該地網一般由人工接地體和自然接地體共同組成。參照一些行業標準及光伏電站相關標準,光伏陣列區接地電阻值不宜大于4 歐姆,在實際檢測中還應參考電站設計圖紙對地網接地電阻值的要求,若圖紙要求更高,則應按照圖紙要求進行檢測。測量時建議以箱式變壓器接地連接線為測試點,(通常為‐4×40mm 熱鍍鋅扁鋼),并將測試電極設置在光伏陣列區以外。


    2)檢測光伏陣列區等電位連接狀況與線纜屏蔽措施。為了防止閃電電涌侵入和人身電擊事故,光伏陣列區內所有正常不帶電設備金屬外殼和構筑物金屬部件均應直接或通過等電位端子與地網進行可靠連接。陣列區內設備和構筑物金屬部件包括箱式變壓器、逆變器及附屬設備金屬外殼、匯流箱金屬外殼、光伏組件金屬支架、太陽能電池板金屬邊框等。箱式變壓器、箱式逆變器外殼應就近與地網可靠連接,變壓器和逆變器內設備與外殼電氣接;每排光伏組件的金屬固定構建之間均應電氣連接,金屬固定件應與接地裝置電氣連接;匯流箱、鎧裝線纜屏蔽層、太陽能電池板金屬邊框均應與光伏構件電氣連接。檢測時應測試以上各連接部件與接地測試基準點的導通電阻值,其值應不大于0.2 歐姆,同時應檢查等電位連接的材料和最小截面積,其參數應符合gb50057‐2010 表5.1.2 條的要求。


    3)檢測光伏陣列區電涌保護器。為了防止雷電過電壓或者其他故障過電壓沿輸電線路對各設備造成損壞,在以下位置一般設置了電涌保護器(SPD)進行防護:光伏匯流箱內安裝直流電源SPD;箱式逆變器內逆變器直流輸入端(即直流配電柜)安裝直流電源SPD,逆變器交流輸出端(即交流配電柜)安裝交流SPD;箱式變壓器內低壓柜應安裝交流電源SPD。檢測是應檢測SPD 的工作狀態,連接線連接狀況、壓敏電壓、漏電流等內容,首次檢測時還需對SPD 性能參數、能量配合等進行分析判斷。

    4檢測技術難點與解決方法 

    4.1 升壓站大地網電位梯度分布的檢測

    升壓站場區地表電位梯度是一個重要的表征接地裝置狀況的參數,大型接地裝置的狀況評估和驗收試驗應測試接地裝置所在場區的電位梯度分布曲線。在測量升壓站場區地表電位梯度前,應對查閱設計圖紙,掌握地網的分布區域,設置測試線路,形成網格化,一般至少采用“井”字型設置(如圖1),測試間距宜為1m。測試時一般采用大功率變頻信號源提供異頻測試電流源,利用耦合變壓器提高測試電流,同時采用高精度多功能選頻萬用表測量所選取的基準點與其它地表測試點的電勢差?;鶞庶c一般選取測試大地網接地電阻時的接地點。


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