光伏電站電氣系統(tǒng)設(shè)計研究

　　摘要

　　隨著可再生能源的不斷開發(fā)及利用，以太陽能利用為基礎(chǔ)的光伏電站開始大量出現(xiàn)。光伏電站是將光能轉(zhuǎn)化為電能的媒介，所以加強對光伏電站電氣系統(tǒng)設(shè)計研究，對于保證電力系統(tǒng)的正常運行，具有重要意義。在本文中，筆者從主接線、防雷及電纜鋪設(shè)等三方面，探討了地面并網(wǎng)光伏電站電氣系統(tǒng)設(shè)計要點，希望能為光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供一定的參考。 

　　目前，地面并網(wǎng)光伏電站發(fā)展速度較快，在本文中，筆者即探討電氣系統(tǒng)在光伏電站的設(shè)計要點，以及其對于在光伏電站安全中的作用。

　　一、光伏電站主接線設(shè)計的分析

　　在對光伏電站主接線進行設(shè)計的時候，要充分的考慮電站的裝機大小、接入系統(tǒng)的主要方式以及場站布置和電氣設(shè)備的主要特點等諸多因素。主接線應(yīng)該遵循的原則是"供電可靠、運行靈活、節(jié)省資金、方便操作"。如果光伏電站以35kV或者更高的等級進行升壓，這個時候，光伏電站內(nèi)部接線主要有1級或者2級升壓的情況，因此，應(yīng)該從技術(shù)以及經(jīng)濟兩個方面對主接線形式進行分析。

光伏電站光站的用電系統(tǒng)主要使用的是0.38kV等級，所用的接地系統(tǒng)是照明和和動力網(wǎng)絡(luò)所共同擁有的中性點。只要使用得當?shù)募夹g(shù)，就能夠?qū)崿F(xiàn)從外網(wǎng)引入電量。備用電源的引接主要由光伏電站發(fā)電母線完成的，在兩個電源之間應(yīng)該增設(shè)備用電源自動投入裝置。如果光伏電站能用的規(guī)模不是很大，那么其所占用土地的面積也就小很多。在逆變區(qū)區(qū)域內(nèi)，其負荷用電，使用低壓配電裝置進行接引；如果光伏電站的規(guī)模較大，同時所占的面積也比較大，此時電纜壓降比較大，同時選取的電纜截面也比較大，這個時候，逆變區(qū)區(qū)域內(nèi)的用電應(yīng)該從箱變低壓側(cè)進行接引，與此同時，相鄰的兩個箱變可以相互作為備用裝置。

　　二、對光伏電站防雷設(shè)計的分析

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　　防雷工程在光伏電站中具有十分重要的作用。因此，在對光伏電站進行防雷設(shè)計的時候，應(yīng)該依據(jù)相關(guān)的規(guī)定，同時遵守"整體防御、綜合治理、多層保護、層層設(shè)防"的主要原則，最大程度上防止雷擊對電站造成損害。由于雷擊破壞的方式有直擊雷擊、感應(yīng)雷擊以及雷電反擊三種方式，因此，在進行防雷設(shè)計的時候，要充分的考慮到每個建筑物的特點以及不同的雷擊形式。

　　1、對直擊雷擊的防護

　　并網(wǎng)光伏發(fā)電工程中，光伏設(shè)備使用很多，所布設(shè)的范圍也比較的大，如果建設(shè)單獨的防雷擊裝置，其所起的作用非常有限，與此同時，若過多的架設(shè)避雷設(shè)備，還會使得工程的投資成本增加。因此，最有效的防雷方式是將光伏電站的金屬構(gòu)件和站區(qū)內(nèi)的地面進行連接，如果出現(xiàn)雷擊，與金屬構(gòu)件相連接的接地線路就會把雷引到地下。對于光伏電站來說，在屋頂上裝上避雷帶，就可以實現(xiàn)防雷的目的。當防雷裝置和雷電接觸的時候，引下線會馬上出現(xiàn)高電位，進而造成避雷系統(tǒng)周圍低電位急劇升高，對電站工作人員以及設(shè)備造成一定的危害。因此，為了防止這種現(xiàn)象出現(xiàn)，最為簡潔的就是使用均壓環(huán)，把高電位與低電位進行連接。

　　2、對感應(yīng)雷擊的防護

　　感應(yīng)雷擊主要是由靜電感應(yīng)造成的，同時電磁感應(yīng)也能產(chǎn)生感應(yīng)雷擊。感應(yīng)雷擊會使電壓升高，進而損壞建筑物里面的電子設(shè)備。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，防止感應(yīng)雷擊，應(yīng)將主要工作放在確保感應(yīng)雷不會通過外界線路進入到室內(nèi)，從而給室內(nèi)設(shè)備帶來影響。雷電入侵光伏系統(tǒng)主要通過兩種基本途徑，首先是通過交流并網(wǎng)侵入供電系統(tǒng)，其次是通過光伏系統(tǒng)的組件方陣直流入侵光伏發(fā)電系統(tǒng)。在這個時候，要在光伏系統(tǒng)的直流匯流箱以及并網(wǎng)逆變器的內(nèi)部交流以及直流的旁邊安放避雷裝置，從而確保線路的安全。除此之外，每個箱變以及開關(guān)柜出線處都應(yīng)該安裝上避雷設(shè)置，以便防止感應(yīng)雷對這些地方造成破壞。

　　3、對雷擊反擊的防護

　　在對雷擊反擊進行防護的時候，要采取等電位的處理措施。所謂的等電位處理，也可以成為共地處理。也就是說在工作地、防雷區(qū)域以及保護地都要運用等電位連接的方式進行連接，以便使得每個點的電位都相等。

　?。ǘ┕夥到y(tǒng)的接地研究

　　光伏系統(tǒng)的接地一般采用的方式是水平接地為主、垂直接地為輔的接地方式，此外，還包括邊緣閉合的方孔復(fù)合式接地網(wǎng)絡(luò)等。在設(shè)計接地方式的時候，一定要按照實際情況進行。通常情況下，垂直接地宜使用鍍鋅鋼管進行，并且還要和水平鋪設(shè)的扁鋼焊接相互連接。建筑屋頂?shù)谋芾讕Ш椭麟娋W(wǎng)接地的同時，還應(yīng)該設(shè)置垂直地極，從而確保雷電在對電位形成沖擊的時候能夠及時的分流。此外，應(yīng)該將建筑物的梁和柱鋼筋連接在一塊，這樣就實現(xiàn)了自然接地體和主地網(wǎng)的相互連接，這樣可以避免雷電對建筑物的沖擊。除此之外，還要做好接地裝置的防腐措施。接地裝置的材料可以使用熱鍍鋅材料或者銅材，這兩種材料都具有抗腐的特性。

　　三、對光伏電站電纜鋪設(shè)的分析

　　大中型光伏電站體積龐大，占據(jù)的地方也比較大，如果使用輻射連接，將電站內(nèi)每個單元的發(fā)電模塊和光伏發(fā)電母線進行連接的話，雖然在發(fā)電模塊出現(xiàn)故障時不會對整個電廠產(chǎn)生影響，但電纜的數(shù)量和開關(guān)柜的數(shù)量都出現(xiàn)了大幅度增加。為了減少電纜的鋪設(shè)數(shù)量，可以將原來的輻射連接改為"T"式進行連接。除此之外，在一些山區(qū)，需要使用綜合的鋪設(shè)方式來對電纜進行敷設(shè)。比如，某30MW地面光伏電站，這個電站的場地不是平整的，有一定的高低起伏。如果運用全程電纜的方式，不僅施工的難度比較大，同時所花費的費用也比較高。在對某光伏電站的地形進行認真的勘測后，明確了使用架空線路再加上直埋的方式。在電纜敷設(shè)的時候，要科學的對電路的路徑進行規(guī)劃，盡量使得線路最短，從而節(jié)省電纜。經(jīng)過設(shè)計之后，35kV電纜僅僅需要1.6千米，架空線路是5千米，這樣就可以節(jié)省很大一筆資金。

　　對于平地上的光伏電站的電纜敷設(shè)方式一般使用直埋的方式進行。直埋電纜應(yīng)該鋪設(shè)到凍土的下面。當前，大部分的光伏電站都處于我國的西北方，那里的凍土比較深，如果直接將電纜埋入地下的話，會消耗非常大的工程量。所以，此時就應(yīng)該使用耐寒的電纜。耐寒電纜在敷設(shè)時，要預(yù)留出一定的量。此外，為了確保電纜不會被凍壞，電纜上應(yīng)該加蓋一層保護管。這樣一來，不僅能夠節(jié)約很大一部分資金，同時還能夠確保電纜正常運行。對于山地光伏電站來說，電纜的敷設(shè)最好使用電纜橋架與直埋相互結(jié)合的方式進行。電纜橋架應(yīng)該沿著地勢起伏的高低進行敷設(shè)，與此同時，還應(yīng)該充分的考慮散水以及雜草對電纜敷設(shè)的影響，要保證其高度在40公分以上。對于電纜橋架的材料，最好使用鍍鋅橋架或者是玻璃鋼橋架。

　　結(jié)語

　　綜上所述，隨著可再生能源的不斷開發(fā)及利用，以太陽能利用為基礎(chǔ)的光伏電站開始大量出現(xiàn)。光伏電站是將光能轉(zhuǎn)化為電能的媒介，所以加強對光伏電站電氣系統(tǒng)設(shè)計研究，對于保證電力系統(tǒng)的正常運行，具有重要意義。在本文中，筆者從主接線、防雷及電纜鋪設(shè)等三方面，探討了地面并網(wǎng)光伏電站電氣系統(tǒng)設(shè)計要點，希望能為光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供一定的參考。