光伏电站电气系统设计研究

　　摘要

　　随着可再生能源的不断开发及利用，以太阳能利用为基础的光伏电站开始大量出现。光伏电站是将光能转化为电能的媒介，所以加强对光伏电站电气系统设计研究，对于保证电力系统的正常运行，具有重要意义。在本文中，笔者从主接线、防雷及电缆铺设等三方面，探讨了地面并网光伏电站电气系统设计要点，希望能为光伏产业的发展提供一定的参考。 

　　目前，地面并网光伏电站发展速度较快，在本文中，笔者即探讨电气系统在光伏电站的设计要点，以及其对于在光伏电站安全中的作用。

　　一、光伏电站主接线设计的分析

　　在对光伏电站主接线进行设计的时候，要充分的考虑电站的装机大小、接入系统的主要方式以及场站布置和电气设备的主要特点等诸多因素。主接线应该遵循的原则是"供电可靠、运行灵活、节省资金、方便操作"。如果光伏电站以35kV或者更高的等级进行升压，这个时候，光伏电站内部接线主要有1级或者2级升压的情况，因此，应该从技术以及经济两个方面对主接线形式进行分析。

光伏电站光站的用电系统主要使用的是0.38kV等级，所用的接地系统是照明和和动力网络所共同拥有的中性点。只要使用得当的技术，就能够实现从外网引入电量。备用电源的引接主要由光伏电站发电母线完成的，在两个电源之间应该增设备用电源自动投入装置。如果光伏电站能用的规模不是很大，那么其所占用土地的面积也就小很多。在逆变区区域内，其负荷用电，使用低压配电装置进行接引；如果光伏电站的规模较大，同时所占的面积也比较大，此时电缆压降比较大，同时选取的电缆截面也比较大，这个时候，逆变区区域内的用电应该从箱变低压侧进行接引，与此同时，相邻的两个箱变可以相互作为备用装置。

　　二、对光伏电站防雷设计的分析

　　（一）光伏电站的防雷

　　防雷工程在光伏电站中具有十分重要的作用。因此，在对光伏电站进行防雷设计的时候，应该依据相关的规定，同时遵守"整体防御、综合治理、多层保护、层层设防"的主要原则，最大程度上防止雷击对电站造成损害。由于雷击破坏的方式有直击雷击、感应雷击以及雷电反击三种方式，因此，在进行防雷设计的时候，要充分的考虑到每个建筑物的特点以及不同的雷击形式。

　　1、对直击雷击的防护

　　并网光伏发电工程中，光伏设备使用很多，所布设的范围也比较的大，如果建设单独的防雷击装置，其所起的作用非常有限，与此同时，若过多的架设避雷设备，还会使得工程的投资成本增加。因此，最有效的防雷方式是将光伏电站的金属构件和站区内的地面进行连接，如果出现雷击，与金属构件相连接的接地线路就会把雷引到地下。对于光伏电站来说，在屋顶上装上避雷带，就可以实现防雷的目的。当防雷装置和雷电接触的时候，引下线会马上出现高电位，进而造成避雷系统周围低电位急剧升高，对电站工作人员以及设备造成一定的危害。因此，为了防止这种现象出现，最为简洁的就是使用均压环，把高电位与低电位进行连接。

　　2、对感应雷击的防护

　　感应雷击主要是由静电感应造成的，同时电磁感应也能产生感应雷击。感应雷击会使电压升高，进而损坏建筑物里面的电子设备。在光伏发电系统中，防止感应雷击，应将主要工作放在确保感应雷不会通过外界线路进入到室内，从而给室内设备带来影响。雷电入侵光伏系统主要通过两种基本途径，首先是通过交流并网侵入供电系统，其次是通过光伏系统的组件方阵直流入侵光伏发电系统。在这个时候，要在光伏系统的直流汇流箱以及并网逆变器的内部交流以及直流的旁边安放避雷装置，从而确保线路的安全。除此之外，每个箱变以及开关柜出线处都应该安装上避雷设置，以便防止感应雷对这些地方造成破坏。

　　3、对雷击反击的防护

　　在对雷击反击进行防护的时候，要采取等电位的处理措施。所谓的等电位处理，也可以成为共地处理。也就是说在工作地、防雷区域以及保护地都要运用等电位连接的方式进行连接，以便使得每个点的电位都相等。

　　（二）光伏系统的接地研究

　　光伏系统的接地一般采用的方式是水平接地为主、垂直接地为辅的接地方式，此外，还包括边缘闭合的方孔复合式接地网络等。在设计接地方式的时候，一定要按照实际情况进行。通常情况下，垂直接地宜使用镀锌钢管进行，并且还要和水平铺设的扁钢焊接相互连接。建筑屋顶的避雷带和主电网接地的同时，还应该设置垂直地极，从而确保雷电在对电位形成冲击的时候能够及时的分流。此外，应该将建筑物的梁和柱钢筋连接在一块，这样就实现了自然接地体和主地网的相互连接，这样可以避免雷电对建筑物的冲击。除此之外，还要做好接地装置的防腐措施。接地装置的材料可以使用热镀锌材料或者铜材，这两种材料都具有抗腐的特性。

　　三、对光伏电站电缆铺设的分析

　　大中型光伏电站体积庞大，占据的地方也比较大，如果使用辐射连接，将电站内每个单元的发电模块和光伏发电母线进行连接的话，虽然在发电模块出现故障时不会对整个电厂产生影响，但电缆的数量和开关柜的数量都出现了大幅度增加。为了减少电缆的铺设数量，可以将原来的辐射连接改为"T"式进行连接。除此之外，在一些山区，需要使用综合的铺设方式来对电缆进行敷设。比如，某30MW地面光伏电站，这个电站的场地不是平整的，有一定的高低起伏。如果运用全程电缆的方式，不仅施工的难度比较大，同时所花费的费用也比较高。在对某光伏电站的地形进行认真的勘测后，明确了使用架空线路再加上直埋的方式。在电缆敷设的时候，要科学的对电路的路径进行规划，尽量使得线路最短，从而节省电缆。经过设计之后，35kV电缆仅仅需要1.6千米，架空线路是5千米，这样就可以节省很大一笔资金。

　　对于平地上的光伏电站的电缆敷设方式一般使用直埋的方式进行。直埋电缆应该铺设到冻土的下面。当前，大部分的光伏电站都处于我国的西北方，那里的冻土比较深，如果直接将电缆埋入地下的话，会消耗非常大的工程量。所以，此时就应该使用耐寒的电缆。耐寒电缆在敷设时，要预留出一定的量。此外，为了确保电缆不会被冻坏，电缆上应该加盖一层保护管。这样一来，不仅能够节约很大一部分资金，同时还能够确保电缆正常运行。对于山地光伏电站来说，电缆的敷设最好使用电缆桥架与直埋相互结合的方式进行。电缆桥架应该沿着地势起伏的高低进行敷设，与此同时，还应该充分的考虑散水以及杂草对电缆敷设的影响，要保证其高度在40公分以上。对于电缆桥架的材料，最好使用镀锌桥架或者是玻璃钢桥架。

　　结语

　　综上所述，随着可再生能源的不断开发及利用，以太阳能利用为基础的光伏电站开始大量出现。光伏电站是将光能转化为电能的媒介，所以加强对光伏电站电气系统设计研究，对于保证电力系统的正常运行，具有重要意义。在本文中，笔者从主接线、防雷及电缆铺设等三方面，探讨了地面并网光伏电站电气系统设计要点，希望能为光伏产业的发展提供一定的参考。