光伏發(fā)電是根據(jù)光生電伏特效應(yīng)原理,利用太陽電池將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能,是綠色環(huán)保可再生能源。太陽能資源豐富、分布廣泛,是21 世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ目稍偕茉础kS著全球能源短缺和環(huán)境污染等問題日益突出,太陽能光伏發(fā)電因其清潔、安全、便利、高效等特點,已成為世界各國普遍關(guān)注和重點發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)。由于太陽能光伏發(fā)電站一般建在空曠地帶,易遭到雷擊,因此雷電防護(hù)工作非常重要。雖然發(fā)電站在建設(shè)時根據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置了防雷裝置,但其防護(hù)效果如何需要防雷檢測來驗證。目前,國內(nèi)還沒有針對光伏發(fā)電站防雷檢測的國家規(guī)范,因此,探討太陽能光伏發(fā)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(lián)組成光伏陣列,光伏陣列將太陽能轉(zhuǎn)變成直流電能,經(jīng)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(wǎng),由電網(wǎng)統(tǒng)一分配電力。光伏電站一般由兩部分構(gòu)成,即升壓站和光伏陣列區(qū)。
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(shè)施及生活設(shè)施等。
1.2 光伏陣列區(qū)
光伏陣列區(qū)主要包括:
①光伏陣列或光伏方陣,是由若干個光伏組件或光伏板在機(jī)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(jié)構(gòu)而構(gòu)成的直流發(fā)電單元;
②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(nèi)部還會安裝熔斷器、電涌保護(hù)器等保護(hù)器件;
③箱式逆變器,箱內(nèi)包含直流配電柜、逆變器柜、交流配電柜以及通訊機(jī)柜等;
④箱式變壓器,主要功能是將逆變器輸出的交流電進(jìn)行升壓,以便將電能傳輸?shù)缴龎赫尽?/span>
2防雷設(shè)施構(gòu)成
太陽能光伏發(fā)電站因其自身功能結(jié)構(gòu),其防雷裝置涵蓋了外部防雷裝置與內(nèi)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(fā)電站的接閃器主要包括升壓站建構(gòu)筑物天面的接閃帶,變電裝置的接閃桿,光伏陣列區(qū)域監(jiān)控桿上端設(shè)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(fā)電站防雷裝置的引下線一般采用建筑物結(jié)構(gòu)柱內(nèi)鋼筋或接閃器自身支撐桿,前者屬于隱蔽工程無法進(jìn)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(fā)電站接地裝置主要包括兩個接地網(wǎng),即升壓站輸變電接地網(wǎng)以及光伏陣列區(qū)域利用光伏板支撐架基礎(chǔ)及其連接扁鋼組成的接地網(wǎng)。
2.2 內(nèi)部防雷裝置
2.2.1 等電位連接措施
太陽能光伏發(fā)電站的等電位連接既包括升壓站內(nèi)繼保室內(nèi)機(jī)柜、設(shè)備與等電位連接帶的連接,變配電裝置與接地預(yù)留點的連接等;也包括光伏矩陣內(nèi)各陣列、組串之間的等電位連接。
2.2.2 屏蔽措施
升壓站內(nèi)進(jìn)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(jī)房屏蔽措施,以及光伏陣列區(qū)內(nèi)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(hù)器(SPD)
太陽能光伏發(fā)電站設(shè)置在升壓站內(nèi)總配電柜的第一級電涌保護(hù)器,以及設(shè)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(hù)器;此外,在各重要信息機(jī)構(gòu)前端宜設(shè)置第三級電涌保護(hù)。
3.1 檢測流程
3.1.1 檢測前期準(zhǔn)備
在實施光伏發(fā)電站檢測前應(yīng)做好準(zhǔn)備工作,通過現(xiàn)場勘測以及查閱圖紙,對光伏電站結(jié)構(gòu)以及主要設(shè)備初步了解,以確定檢測內(nèi)容和方式;根據(jù)前期勘察,結(jié)合防雷檢測要求,制定詳實的作業(yè)指導(dǎo)書;同時應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場特點準(zhǔn)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(jìn)入現(xiàn)場前檢測人員應(yīng)了解現(xiàn)場安全管理的規(guī)定。
3.1.2 現(xiàn)場檢測流程
根據(jù)太陽能光伏發(fā)電站功能區(qū)域和防雷設(shè)施構(gòu)成,現(xiàn)場檢測可以分以下三步進(jìn)行:
(1)檢測升壓站大地網(wǎng)及變電設(shè)施的接地。
(2)檢測升壓站建(構(gòu))筑物及其內(nèi)部設(shè)施設(shè)備的防雷與接地設(shè)施。
(3)檢測各光伏矩陣的接地網(wǎng)的接地電阻,以及各光伏組串金屬構(gòu)建、匯流箱、逆變器以及箱式變壓器的防雷裝置。
3.2 檢測內(nèi)容
3.2.1 升壓站
(1)測試升壓站大地網(wǎng)接地電阻值、跨步電壓、接觸電勢,并將升壓站地網(wǎng)網(wǎng)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(shè)施設(shè)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(jù)圖紙設(shè)計而定,一般要求不大于1Ω,高山站由于地質(zhì)、地形限制,難以達(dá)到要求可放寬到不大于4Ω。
(2)測試升壓站建構(gòu)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(nèi)部MEB、繼保室LEB、各配電箱等與升壓站大地網(wǎng)接地引出端子的連通情況。
(3)檢測繼保室各機(jī)柜、設(shè)備、靜電地板支架、金屬門窗、屏蔽幕墻、線槽、走線架等與機(jī)房LEB 的連接情況。
(4)檢查設(shè)置在變配電室低壓柜中的第一級SPD,設(shè)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(xì)化保護(hù)的SPD 性能參數(shù)標(biāo)識、運(yùn)行狀況、安裝工藝等,并測量其壓敏電壓、漏電流等數(shù)據(jù)。
3.2.2 光伏陣列區(qū)
(1)檢測光伏陣列區(qū)接地網(wǎng)的接地電阻值。陣列區(qū)內(nèi)所有設(shè)備共用一個地網(wǎng),該地網(wǎng)一般由人工接地體和自然接地體共同組成。參照一些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及光伏電站相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),光伏陣列區(qū)接地電阻值不宜大于4 歐姆,在實際檢測中還應(yīng)參考電站設(shè)計圖紙對地網(wǎng)接地電阻值的要求,若圖紙要求更高,則應(yīng)按照圖紙要求進(jìn)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(shè)置在光伏陣列區(qū)以外。
(2)檢測光伏陣列區(qū)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(qū)內(nèi)所有正常不帶電設(shè)備金屬外殼和構(gòu)筑物金屬部件均應(yīng)直接或通過等電位端子與地網(wǎng)進(jìn)行可靠連接。陣列區(qū)內(nèi)設(shè)備和構(gòu)筑物金屬部件包括箱式變壓器、逆變器及附屬設(shè)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(yīng)就近與地網(wǎng)可靠連接,變壓器和逆變器內(nèi)設(shè)備與外殼電氣接;每排光伏組件的金屬固定構(gòu)建之間均應(yīng)電氣連接,金屬固定件應(yīng)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(yīng)與光伏構(gòu)件電氣連接。檢測時應(yīng)測試以上各連接部件與接地測試基準(zhǔn)點的導(dǎo)通電阻值,其值應(yīng)不大于0.2 歐姆,同時應(yīng)檢查等電位連接的材料和最小截面積,其參數(shù)應(yīng)符合gb50057‐2010 表5.1.2 條的要求。
(3)檢測光伏陣列區(qū)電涌保護(hù)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(shè)備造成損壞,在以下位置一般設(shè)置了電涌保護(hù)器(SPD)進(jìn)行防護(hù):光伏匯流箱內(nèi)安裝直流電源SPD;箱式逆變器內(nèi)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(nèi)低壓柜應(yīng)安裝交流電源SPD。檢測是應(yīng)檢測SPD 的工作狀態(tài),連接線連接狀況、壓敏電壓、漏電流等內(nèi)容,首次檢測時還需對SPD 性能參數(shù)、能量配合等進(jìn)行分析判斷。
4.1 升壓站大地網(wǎng)電位梯度分布的檢測
升壓站場區(qū)地表電位梯度是一個重要的表征接地裝置狀況的參數(shù),大型接地裝置的狀況評估和驗收試驗應(yīng)測試接地裝置所在場區(qū)的電位梯度分布曲線。在測量升壓站場區(qū)地表電位梯度前,應(yīng)對查閱設(shè)計圖紙,掌握地網(wǎng)的分布區(qū)域,設(shè)置測試線路,形成網(wǎng)格化,一般至少采用“井”字型設(shè)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(zhǔn)點與其它地表測試點的電勢差。基準(zhǔn)點一般選取測試大地網(wǎng)接地電阻時的接地點。