光伏电站基础知识系列总结:电站防雷小结

电站防雷

电站防雷

一、对雷电的了解

1、雷电的概念

a.定义:雷电是雷雨云之间或云地之间产生的放电现象。

b.按照闪电空间位置分类:

云内放电、云际放电和云地放电

云地闪电大约占闪电总数的20%

c.按闪电形状分类:

线状、带状、片状、球状。

d.按作用方式分为:

直接雷、感应雷和雷电波侵入

2、雷电活动和规律

(1)、雷暴日:在一天内只要监测站听到雷声则为一个雷暴日,而不论雷暴次数和持续时间。雷暴日反映局部地区的雷电活动情况。

(2)、地区雷暴日等级划分(年平均雷暴日Td)少雷区:Td ≤20天;多雷区:20 <Td ≤ 40天;高雷区:40<Td ≤ 60天;强雷区:>60天;我国西北地区一般在15天以下;长江以北大部分地区在15~40天;长江以南地区在40天以上;北纬23°以南地区超过80天。

3、雷击选择性(新能源防雷的必要性)

A、与土壤的电阻率有关

a、土壤电阻率小的地方。河床、盐场等

b、土壤电阻率有突变的地点。

c、地下埋有金属矿和金属管线密集处。

B、与地面上的设施有关

有利于雷云与大地建立良好的放电通道者易受雷击。

C、地形和地物条件

a、山中的平地较峡谷易受雷击。

b、高耸建筑物、空旷地区孤立建筑物、树木。

c、低洼潮湿地点、山口。

d、铁路枢纽、高压架空线。

D、建筑物结构及其所附属构件条件

a、结构材料所能积蓄电荷的多少影响接闪的频率。

b、建筑物内金属设备多少。

二、光伏防雷设计规范

1、《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)

2、《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-94(2004年)

GB50343 3、《低压配电设计规范》GB50054-95

4、《低压配电系统的电涌保护器(SPD)第一部分:性能要求和试

验方法》GB18802.1-2002

5、《雷电电磁脉冲的防护》第二部分建筑物的屏蔽、内部等电位

连接及接地》IEC61312-2

6、《安全防范工程技术规范》GB50348-2004

7、《建筑物防雷》IEC61024

8、《中华人民共和国气象法》

9、中国气象局第8号令《防雷减灾管理办法》

三、防雷与接地设计

在现有技术规范条件下,大型光伏电站防雷应该以保障电站人员和主要设备安全运行为基本出发点,综合考虑电站在电网中的重要性、影响程度、地理环境、投资成本等因素,力求使防雷设计重点突出、效果最大化、成本合理化。

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四、应用案例

1.地面电站防雷方案

光伏方阵不属于建筑物,其可能易受雷击的直接原因是占地面积较大,增加了其易受雷击的可能性。避雷针体积庞大,使得在偏远无电地区安装电站的施工难度增大;受机房与阵列间场地的限制,如果避雷针位置距离光伏方阵、机房较近,存在雷电反击的隐患。

可采取的防雷措施包括:

(1) 架设避雷针防止低空直击雷;为满足保护半径的要求,针体高度绝大部分约在24~30m,并根据光伏电站面积大小,利用滚球法计算所需避雷针的数量。

(2) 光伏方阵支架可靠接地。

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2.BIPV防雷方案

 

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3.汇流箱防雷设计

汇流箱内,输入、输出处加装防雷器,正负极都具备双重防雷功能,可承受的直流电压值≥1000V DC,各机壳均可靠接地。

4.配电柜防雷设计

逆变器、交直流配电柜是把汇流控制和并网输出的重要设备,一般在控制机房室内集中布置,同通讯设备等都属于核心、全局控制设备,其防雷不仅要注意防感应雷,还要注意雷电电磁脉冲。

雷电电磁脉冲辐射对光伏电站电子系统的破坏力更大,概率更高。电站机房属于第一类防雷场所,根据规定,其防直击雷装置应能承受200kA的首次雷击。

可采取的防雷措施包括:

(1) 机房属于LPZOA~LPZOB区,需可靠接地,机房内应敷设等电位带,机房内设备外壳和机架、直流地、防屏蔽线缆外层、防静电地、SPD接地等均应以最短距离与之直接连接;在机房还应装设避雷器,阻止和隔离雷电感应电流在各发电方阵之间漫游,确保雷电的过电流过程就地下泻。

(2) 控制机房进、出线处属于LPZ1区,要做等电位连接,采取屏蔽措施,均增设防雷隔离箱,内装防雷保安器,防止感应雷。

(3) 交直流配电柜内属于LPZ2区。直流配电柜应加装有直流断路器、防反二极管、光伏专用防雷器;交流配电柜同样要加装光伏防雷器和断路器。要注意的是大型光伏电站,并网电压一般都在10kV及以上,要根据具体并网电压等级来选择相应防护级别的光伏防雷器和断路器。

(4) 大型逆变器属于LPZ2区,在逆变器的每路直流输入端装设浪涌保护装置(SPD)。需注意根据逆变器是否有变压器和组件接入形式最终确定SPD工作电压要求。如果交直流配电柜均有完备的防雷措施,从减少SPD配合复杂度和减少投资角度,也可不再加装SPD。

(5) 通讯设备应加装单独防雷保护器,其天线处于LPZOA区,要加装天馈线避雷器。一方面要防止通讯天线外置导引的直击雷等,另一方面还要防止感应和雷电电磁脉冲辐射,防雷保护器可加装在UPS前端(大容量UPS往往加装有SPD),通流容量≥150kA,要综合考虑通讯设备的工作速率、工作电流、动作电压和连接形式,具体可参考《通信局(站)防雷与接地工程设计规范》(YD5098—2005)。

 

五、结论及建议

(1) 大型并网光伏电站的防雷目前虽然没有明确的国家标准,但从防雷击人身伤亡和设备损毁,进而影响电网运行安全的角度出发,大面积防雷设计是必要的,决不能以国家规定不明确和降低工程造价为理由,降低防雷标准。

(2) 大型并网光伏电站的防雷设计应综合参考《建筑物防雷设计规范》(GB50057—1994(2000))、《光伏(PV)发电系统过电压保护导则》(SJ/T11127—1997)和《交流电气装置的接地》(DL/T621—1997)等国家行业规定,在保障防雷安全的前提下,明确电站不同建筑、设备的防雷重点,按照最佳性价比确定防雷方案。

(3) 光伏电站的光伏发电机有其特殊的电气特性,原本为交流电压系统开发的超高电压避雷器在用于光伏电站过电压保护时,存在对地电势具有正负极性等问题。因此,在为光伏电站选择气体避雷器时,应采用大型正规厂家的光伏专用避雷器。

(4) 以上方案已在靖边部分光伏电站建设中得到一定应用,但由于电站运行时间较短,该方案还有待在实践中检验完善。

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