光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的雷電監(jiān)控系統(tǒng)研究

3 避雷防護(hù)方案

　　對(duì)太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的避雷監(jiān)控系統(tǒng)來說，主要應(yīng)防止直擊雷、雷電感應(yīng)和雷電波侵入，因此，可以針對(duì)不同的雷電危害方式，采取合適的防雷措施與防護(hù)方案。

　　3.1 對(duì)直擊雷的防護(hù)

　　對(duì)直擊雷的防護(hù)包括對(duì)太陽電池陣列和光伏電站廠區(qū)的防護(hù)。防直擊雷，防雷設(shè)備主要采用避雷針，通過計(jì)算，可以合理地選擇防雷設(shè)備，達(dá)到對(duì)戶外的光伏電站太陽電池陣列進(jìn)行有效防護(hù)的目的?？梢?，要對(duì)戶外的光伏電站太陽電池陣列進(jìn)行有效防護(hù)，問題的關(guān)鍵就是要正確計(jì)算太陽電池陣列年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)，以及利用滾球法，計(jì)算出需要避雷的范圍，然后選定避雷針的型號(hào)及其性能指標(biāo)。

　　計(jì)算公式：n=kngae （1）

　　式（1）中：k—校正系數(shù)；

　　ng—光伏陣列所處地區(qū)雷擊大地的年平均密度（次/km2.a），（其中：ng=0.024td13）；

　　td—年平均雷暴日數(shù)，根據(jù)省氣象臺(tái)、站資料確定（d/a）；

　　ae—與光伏陣列截獲相同雷擊次數(shù)的等效面積（km2）。

　?。ü?中l(wèi)、w、h分別為光伏陣列的長、寬、高）

　　避雷保護(hù)半徑rx計(jì)算公式為：

　　式（3）中：h—避雷針高度；hx—被保護(hù)物高度；hr—滾球半徑。

　　3.2 對(duì)雷電感應(yīng)和雷電沖擊波的防護(hù)

　　通過對(duì)太陽能光伏電站可能遭受雷擊事件的概率大小來分析，控制機(jī)房內(nèi)的控制器或逆變器遭損壞的概率最大，分析其原因，都是由于雷電波侵入造成的。因此，太陽能光伏電站在進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)時(shí)，必須采取有效措施，防止雷電感應(yīng)和雷電波侵入。所以，考慮用避雷器等對(duì)雷電感應(yīng)和雷電波侵入進(jìn)行防護(hù)。

　　控制器和逆變器一般采用全戶內(nèi)型，為使光伏電池組件、控制器和逆變器在受到直擊雷和感應(yīng)雷時(shí)能有可靠的保護(hù)，在光伏電池組件支架、控制器和逆變器的非導(dǎo)電體的屋頂上裝設(shè)環(huán)形避雷帶作為防雷保護(hù)，并且避雷帶設(shè)有數(shù)個(gè)獨(dú)立引下線。為了對(duì)雷電感應(yīng)進(jìn)行防護(hù)，將光伏電站機(jī)房內(nèi)的全部金屬物，包括設(shè)備金屬外殼、機(jī)架、金屬管道、電纜金屬外皮等可靠接地，并且將全部金屬物用專用接地線單獨(dú)接入接地干線。

　　雷電波侵入的主要途徑是架空導(dǎo)線和光伏陣列到機(jī)房的引入線。為此，對(duì)避雷方案進(jìn)行改進(jìn)，可以采取多級(jí)防護(hù)措施對(duì)太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。在太陽電池方陣接線箱內(nèi)安裝防雷模塊；保持太陽電池方陣接線箱與控制柜間距大于10m；在控制器、逆變器內(nèi)安裝防雷元器件，使其具有防雷保護(hù)功能；在交流輸出端，改變以往設(shè)計(jì)中在架空出線桿上安裝低壓閥式避雷器的做法，改用更加靈敏、安全、方便的浪涌保護(hù)器即防雷模塊；防雷器件全部安裝于防雨防塵的電源箱內(nèi)，固定在架空出線桿上，防止雷電波由輸電線路進(jìn)入機(jī)房。這樣就可以很好地對(duì)雷電波侵入進(jìn)行有效防護(hù)。

　　可見，在太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，不僅需要考慮對(duì)直擊雷的防護(hù)，還需要考慮對(duì)非直接雷擊（雷電感應(yīng)和雷電波）的防護(hù)。與此同時(shí)，不僅要知道雷擊的次數(shù)，還要知道每次雷擊的強(qiáng)度以及整個(gè)防雷系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)避雷裝置的工作損壞情況。基于此，設(shè)計(jì)了上述完善的雷電監(jiān)控系統(tǒng)，來保護(hù)太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)備和人身安全。

4 結(jié)束語

　　本監(jiān)控系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)就在于對(duì)太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的避雷系統(tǒng)，針對(duì)三個(gè)組成部分的不同安裝位置和各自的特點(diǎn)，對(duì)避雷方案進(jìn)行綜合改進(jìn)，采用全面、有效的避雷設(shè)計(jì)方案，采取多級(jí)防護(hù)措施，對(duì)戶內(nèi)和戶外發(fā)電設(shè)施分別進(jìn)行有效地保護(hù)，確保太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的正常工作。

　　將避雷監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用于太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，通過對(duì)戶外太陽電池方陣的直擊雷防護(hù)與戶內(nèi)控制器和逆變器的非直接雷擊（雷電感應(yīng)和雷電侵入波）的防護(hù)，達(dá)到使太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)有效和安全運(yùn)行的目的。