防雷技術(shù)
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)?？稍偕茉?。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(diǎn)，已成為世界各國普遍關(guān)注和重點(diǎn)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(yàn)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(shí)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(diǎn)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(shí)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(shí)的作業(yè)指導(dǎo)書；同時應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場特點(diǎn)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?jiān)O(shè)計(jì)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(shí)際檢測中還應(yīng)參考電站設(shè)計(jì)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(diǎn)，（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(diǎn)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(yàn)收試驗(yàn)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(jì)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(diǎn)與其它地表測試點(diǎn)的電勢差?；鶞?zhǔn)點(diǎn)一般選取測試大地網(wǎng)接地電阻時的接地點(diǎn)。
