光伏电站工程防雷接地专项施工方案设计

1、第一章项目概况 1第二章技术标准和规 1第三章防雷概述 1第四章雷电对电气设备的影响 24.1 直击雷 24.2 雷电波侵入 34.3 电磁感应 34.4 地电位反击 34.5 开关过电压 3第五章项目容及要求 35.1 光伏方阵及箱变接防雷接地工程 35.2 光伏方阵接地系统 45.3 接地材料要求 4第六章设计方案 46.1 防雷类别及电子信息系统雷电防护等级 46.2 光伏方阵及箱变防雷接地设计方案 46.2.1 防直击雷设计 46.2.2 防闪电涌设计 46.2.3 接地等电位连接 46.2.4 光伏发电系统的相关设备浪涌过电压保护示意图 56.3 光伏场区防直击雷方案 56.4 光伏

2、场区防直击雷措施 66.5 光伏场区防雷接地方案 66.6 光伏场区防雷接地具体措施 86.7 光伏场区环形闭合地网的接地电阻计算 9第七章施工方法 11第八章工期及资源配置 13第一章 项目概况本项目位于光伏电站位于，地形较开阔，坡度在 5 °25。不等之间，海拔高程伏 电站场址所在区域是省太阳能资源可开发区域之一，年太阳总辐射为5328.0MJ/m2- a,年日照时数为2111.3hr ，根据太阳能资源评估方法( QX/T 89 2008)判定其太阳能资源属于很丰富地区，资源具备较好的开发条件。太阳总辐射值最高月与最低月之比为 1.68 ，年月太阳总辐射值变化基本平稳，工程开发利

3、用价值较高，有利于太阳能能源的稳 定输出。 场址所在区域降雪天气很少，无沙尘天气，气温年变化不大，目标区域风速不大，气候条件有利于太阳能资源开发。全站光伏方阵电能经逆变升压至 35kV后送入110kV升压站，汇集并网光伏电站电力 后，以1回110kV线路接入220kV沙林变电站。第二章 技术标准和规下列标准所包含的条文，通过在本技术规中引用而构成本规的条文。1、 GB/T19001-2000 质量管理体系2、 GB/T17949.1-2000 接地系统的土壤电阻率、接地阻抗和地面电位测量导则第 1部分：常规测量3、 GB/T21431-2008 建筑物防雷装置检测技术规4、 GB/T24001

4、-2004 环境管理体系5、 GB/T28001-2001 职业健康安全管理体系规6、GB50057-2010建筑物防雷设计规7、GB50150-2006电气装置安装工程电气设备 交接试验标准8、GB50169-2006电气装置安装工程接地装置施工及验收规9、 GB50300-2001 建筑工程施工验收统一标准10、 DL/T620-1997 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合11、 DL/T621-1997 交流电气装置的接地12、 DL/T475-2006 接地装置特性参数测量导则13、 JB617-2004 接地装置安装工程施工工艺标准14、GB/21698-2008复合接地体技术条件1

5、5、国家电网公司十八项电网重大反事故措施16、国家电力公司防止电力生产重大事故的二十五项重点要求第三章 防雷概述雷电是一种常见且非常壮观的自然现象, 它具有极大的破坏力，对人类的生命、财产 安全造成巨大的危害，1987年联合国确定的“国际减灾十年中雷电为对人类危害最大的十 种灾害之一。自从人类进入到电气化时代以后，雷电的破坏由主要以直击雷击毁人和物为 主。发展到以通过金属线与雷电波破坏电气设备为主。随着近年来电子技术的飞速发展， 人类对电气设备尤其是高精密电子设备的依赖越来越严重。而电子元器件的微型化、集成 化程度越来越高，各类电子设备的耐过电压能力下降，遭雷电和过电压破坏的比例呈不断 上升的

6、趋势，对设备与网络的安全运行造成严重威胁。据统计，全世界每年因雷害造成的 损失高达几十亿美元以上。因此如何对高精密电子实施切实有效的防雷保护，保证系统安 全可靠运行，成为当前一项紧迫的重要课题。是我国雷电多发区，滇南部和滇西大部分地区属我国高强雷暴地区、中部和东部属于强雷暴地区；最南端的西双版纳州勘腊县年平均雷暴日数高达123天。雷电灾害严重，据统计，全省每年发生雷电灾害事件 300起以上，仅2005年造成人员伤亡142人，经济损 失约2.85亿元。全国雷电分布第四章雷电对电气设备的影响4.1直击雷雷电直接击在建筑物、其它物体、或防雷装置上，产生电效应、热效应和机械力者。就是说雷电直接击中建筑

7、物或暴露在空间的各种设备或或人身。它可能在数微秒之产生数 万伏乃至数拾万伏的高压，产生火花放电，转化为巨大的热能和机械能，直接摧毁建筑物、 设备，或造成火灾，危及人身安全。巨大的雷电流沿引下线入地，会造成以下三种影响：1 、巨大的雷电流在数微秒时间泄放入地，使地电位迅速抬高，造成反击事故，危害人身和设备安全。2、雷电流产生强大的电磁波，在电源线和信号线上感应极高的脉冲电压。3 、雷电流流经电气设备产生极高的热量，造成火灾或爆炸事故。4.2 雷电波侵入由于雷电对架空线路或金属管道的作用，雷电波可能沿着这些管线侵入屋危害人身安全或损害设备。雷电虽然未直接击中建筑物或设备，但击中与本建筑物、外各种设

8、备相连的管线，通过传导的方式经电阻性耦合将雷电波引入，危害人身、损害设备。4.3 电磁感应由于雷电流迅速变化在其周围空间产生瞬变的强电磁场，使附近导体上感应出很高的电动势。雷击放电时的瞬时雷击大电流将产生强大的雷击电磁脉冲，经感性耦合、容性耦合或电磁辐射导致线路上产生脉冲过电压和过电流，损坏相关设备。4.4 地电位反击因为没有采取等电位接地措施，由于与各种设备相关的各接地系统的冲击接地电阻及所通过的雷击电流存在差异，导致地电位升高和不平衡，当电位差超过设备的抗电强度时，即引起反击，损坏设备。4.5 开关过电压供电系统中的电感性和电容性负载开启或断开、地极短路、电源线路短路等，都有能在电源线路上

9、产生高压脉冲，其脉冲电压可达到线电压的3.5 倍，从而损坏设备。破坏效果与雷击类似。由此产生的雷电过电压对电子设备的破坏主要有以下几个方面：1 、损坏元器件（ 1）过高的过电压击穿半导体结，造成永久性损坏；（ 2） 较低而更为频繁的过电压虽在元器件的耐压围之，亦使器件的工作寿命大大缩短；（ 3）电能转化为热能，毁坏触点、导线及印刷电路板，甚至造成火灾；2、设备误动作及破坏数据文件应该根据实际情况具体分析，采取相应的防雷保护措施，确保系统的安全工作。第五章 项目容及要求5.1 光伏方阵及箱变接防雷接地工程1 、光伏方阵及箱变接地装置接地电阻计算稿，包括：计算依据、各种相关参数选择、冲击接地有效半

10、径计算、工频接地电阻计算、冲击接地电阻计算等；2 、 光伏方阵及箱变接地装置接地技术方案、施工图纸；3 、光伏方阵及箱变接地装置接地施工。5.2 光伏方阵接地系统1 、对太阳电池方阵，设置水平接地体和垂直接地体相结合的接地装置。将安全接地、 工作接地统一为一个共用接地装置。2 、沿太阳电池方阵四周采用-50X5热镀锌扁钢设置一圈水平接地带， 接地体埋设深 度不小于0.60.8米。光伏支架之间采用扁钢连接后与方阵四周的水平接地体不少于2点以上连接，接地电阻值按不大于 4Q考虑。箱式变电站接地装置至少引出 2处接地线与 光伏方阵接地装置可靠连接。3 、施工完成后，需测量每个方阵及箱变、逆变器的接地

11、电阻、冲击电阻。4 、接地装置寿命要求达到25 年以上。5 、采用的降阻材料应为低腐蚀性，对环境无污染。5.3 接地材料要求光伏方阵及箱变接地装置接地装置的水平接地线采用-50x5 热镀锌扁钢，引出地面及引入建筑物的接地线采用-50X5热镀锌扁钢，垂直接地极规格采用50X 5热镀锌角钢， 长度 L=2.5 米。第六章 设计方案6.1 防雷类别及电子信息系统雷电防护等级 根据本项目重要性、使用性质、价值及发生雷电事故的可能性和后果，工程所涉及建筑物均按第二类防雷建筑物进行设计；建筑物电子信息系统按B级雷电防护等级进行设计。 6.2 光伏方阵及箱变防雷接地设计方案1.1.1 防直击雷设计按照相关防

12、雷规的要求，光伏方阵及箱应做直击雷防护的设计，并与接地装置相连保 护建筑物避免雷击损坏。1.1.2 防闪电涌设计 按照相关防雷规要求，光伏阵列的电源线路和信号线路都应采取防闪电电涌措施进行防雷保护，并同时在电源进入时采取屏蔽措施。1.1.3 接地等电位连接 按照相关规要求，光伏阵列所有设备的金属外壳、各类金属管道、金属线槽、建筑物金属结构、防雷接地等均需等电位接地处理，并通过导线连接地装置，消除各点之间的电 位差。1.1.4 光伏发电系统的相关设备浪涌过电压保护示意图H岫不JlM 3HB 0 &i；册由也并网型比伏发M系统设备防宙示意图6.3 光伏场区防直击雷方案光伏方阵设备主要有12

13、个子方阵、12台箱式变电站。设备较多，占地面积较大。12 个子方阵形状各异，极不规则，太阳电池阵列安装在室外，当雷电发生时太阳电池方阵会 受到直击雷的侵入，具防护措施；根据地面光伏电场的特点，地面光伏发电场建筑和设备的防雷，参照建筑物防雷设 计规要求，结合交流电气装置的过电压保护和绝缘配合对雷电过电压的保护措施， 通常可采用独立避雷针、避雷带和避雷线作为防雷接闪器。由于独立避雷针和避雷线这类 防雷接闪器会造成对光伏组件遮挡阴影。阴影影响光伏组件发电功率甚至损坏光伏组件，故不能在光伏发电场的东、南、西边 附近和场中间部分装置独立避雷针和避雷线接闪器，只能在不会对光伏组件造成阴影的场 地北面，装设

14、独立避雷针接闪器。根据滚雷法确定单根避雷针的保护围，可参照第二类防 雷采用滚球半径hr为45 m高，按计算公式：rx=式中rx 光伏组件最高处平面上的保护半径h 避雷针白高度，取45mhr 滚球半径，取45mhx5m经计算45m高的单根避雷针在5m高的平面上保护围半径仅为 24.38m。即在场区北面沿场边装设多根避雷针，也保护不了整个光伏发电场建筑物和设备，即使再增加避雷针的高度。但避雷针高度超过45m后（按第二类防雷建筑计算），避雷针的保护围并不与避 雷针的高度成正比的增加。当避雷针高度大于或等于150m以后，其防雷保护围将与避雷针的高度无关。仅靠在场区北面沿场边装设多根避雷针也不能保护光伏

15、发电场的全部，而装设多根45550m的独立避雷针也是不现实的。故不宜在光伏发电场光伏组件区和东、 南、 西三面边缘采用装独立避雷针和避雷线作接闪器来防直击雷。6.4 光伏场区防直击雷措施利用光伏组件的金属边框作接闪器进行防直击雷；一是太阳能电池板四周铝合金框架与支架导通连接；二是所有支架均采用等电位连接接地后，太阳能电池板是由钢化玻璃两层间夹太阳电池并抽取真空，其本身就是绝缘体，四周是铝合金框架" 在直击雷发生时，其感应电荷主要集中于铝框架并泄入，从而使太阳能电池板得到保护，避免直击雷冲击而损坏。以光伏组件的金属边框作接闪器、金属支架作引下线和接地装置相接，以实现防直击雷。因地面光伏

16、发电场的光伏组件总的高度除大型聚光型光伏组件外，其他均在距地面6.5 m 至 5mL问。光伏发电场的光伏组件遭受雷击与设备和建筑物的高度有关，根据有关国、外资料统计表明一个规律：建筑物和物体遭雷击的频率或次数，是与建筑物和物体的高度H的平方成正比。可按经验公式 N- 3X10-5H2进行简单估值1,算出年落雷次数。光伏组件在地面 安装高度，如按5m计算，N约为万分之七点五。所以，地面光伏发电场的建筑物和设备遭 受雷击的几率和次数都是很低的。6.6 光伏场区防雷接地方案光伏发电场的交流系统接地，应遵循交流电气装置的接地DL/T621 的规定。光伏发电场的光伏组件，直流汇流箱、逆变器等设备的接地，

17、除遵循DL/T621 规定要求外，特别是防雷接地，还应符合国标建筑物防雷设计规GB50057勺相关要求。地面光伏发电场应安装以水平接地体为主、垂直接地体为辅的复合型人工接地系统。根据场地的土壤电阻率，计算出复合型接地系统总的接地电阻值。按全场光伏组件布置安装的方式，结合场地的地形、地貌和形状，拟定光伏发电场的复合型接地装置的布置方式和接地装置的形状。根据的设计要求，按照每一个发电子系统作为一个分区，建设一个小局域接地装置，各个小局域网相互联接，全场构成一个大的局域接地装置。每一小局域接地装置与另一个小局域接地装置互联接不得少于两处。在各个小局域网，以每一串光伏组件作为一个设备单元，用符合规要求

18、的接地扁钢或圆钢，将其串联成一个整体，每串的两端与接地装置牢固相联。每串光伏组件必须要有两个接地点，一旦某一串组件的连线断裂时，该用光伏组件其他部分仍然与地网相联。当一审组件长度大于30m时，中部宜增设一点接地。一串光伏组件金属支架串接后，仅只能作为导流雷电流和设备接地故障电流的设备接地线用，不能当作为水平接地体。因为没有埋入地下土壤中，对无散流功能，本身所载的雷电流，只能分别沿金属边框、支架流动，只有通过接地极才能流入地中，不能沿其长度围对迅速散流，起不到接地体的作用。应充分利用光伏发电场的所有设备基础的钢筋等作自然接地体。将光伏发电场的地面光伏组件包括逆变升压变小室、变配电室、升压站和集控

19、室等各处小局域接地装置相接，形成一个全场总接地装置。根据规要求，防雷接地装置的规格如下：一类防雷：网格双向间距8-10二类防雷：网格双向间距15-20三类防雷：网格双向间距25-30接地技术对电力系统的安全稳定运行有着重要的影响。而发电机单机容量的扩大、超高压输电及高压直流输电的推行使得系统电压水平提高、接地电流不断增大。这些都对接地装置的安全、可靠、经济、有效等方面提出了更高的要求接触电压和跨步电压直接关系到站人员和设备的安全。因此，如何降低接地装置电阻，从而降低接触电压和跨步电压- 一直是研究人员关注的焦点，然而接地装置安全的判断依据在于控制地电位和控制网格电压两个方面。后者是基于地电位梯

20、度考虑的，因此，对接地装置来说，除了要降低接地电阻以利于大电流快速地流人地下外，还要让地表电位尽可能均匀，以避免出现较大的电位梯度，即保证网格电位的均匀性。接地装置不仅要求接地电阻足够小，以保证泄流电流快速地导人，还要求在地表形成均匀的电位。以保证跨步电压和接触电压满足要求，当接地电阻难以满足要求时，在地表形成均匀的电位就显得更为重要了，实际工程中，接地电阻与地表最大电位羞也并不完全对应。 在土壤电阻率较低、接地装置面积很大的情况下，虽然接地电阻值可以达到要求，但如果接地装置设计不合理，发生大电流入地故障时，地表就可能出现较大的电位梯度，从而产生很大的接触电压，危及运行人员和设备的安全。如果接

21、地装置设计合理，使得地表电位均匀，那么当电流流经接地极时，虽然引起了接地极电位的升高，但是由于整个接地装置表面电位差不大，不会产生过大的跨步电压和接触电压，也就避免事故的发生6.6光伏场区防雷接地具体措施光伏场区方阵设备主要有40个子方阵、40台箱式逆变器以及 40台箱式变电站。设备较多，占地面积较大。40个子方阵形状各异，极不规则。同时，区域的土壤电阻率差异较大，为此我们的设计对子方阵采取不等间距布置的原理。接地装置一般式采用等间距布置，即接地导体之间的间距基本相等而不等间距布置接地装置的原理是考虑到接地装置对中间部分导体的屏蔽性，接地导体的布置应是中间稀，往接地装置四周则应布置得比中间部分

22、密些，使所有接地导体得到充分利用，等间距布置的接地装置和不等问距布置得接地装置如图 1所示a图1等间距布置（a）和不等间距布置（b）的接地装置1 、采用不等间距布置具有如下一些特点：（1）充分利用接地导体等间距布置的接地装置中每段导体的泄露电流密度数值相差很大，边缘导体的泄露电流密度大约是中间导体的四倍左右（有时能达到十几倍）：而不等间距布置的接地装置中， 增大了中间导体的泄露电流密度分布 ，相应降低了边缘导体的泄露电流密度分布 ，使得每 段导体的泄露电流密度分布比较均匀，边缘导体的泄露电流密度与中间导体数值相差不大。因此，不等间距布置均压导体能够使每段导体得到充分的利用，因此，采用不等间距布

23、置后，各导体的电流分布均匀，能有效改善电位分布，降低接触电压和跨步电压；（2）均匀地表面的电位分布，提高安全水平；按等间距布置的接地装置，地表面电位分布很不均匀，采用不等间距布置的接地装置 可均匀土壤表面的电位分布，降低表接触电压，提高安全水平。采用等间距布置水平接地 装置后，边角网孔比中间网孔电位低很多，而边角网孔则高于中心网孔电位。如使用相同 量的接地体材料，采用不等间距布置时，最大与最小网孔电位值相差很小，因此采用不等间距布置的接地装置能均匀地表面的电位分布，使各网孔电位大致相同。(3)采用不等间距布置能节约接地材料从前面的分析可知，在采用相同接地导体数日时，采用不等间距布置的接地装置的

24、接 触电压明显低于采用等间距布置的接地装置，因此在采用同样的安全指标时，采用不等问 距布置时可以减少接地装置的导体数，采用不等间距能减少一定的材料。(4)根据相关规及技术文件的要求，光伏方阵接地电阻不得大于 4Q,根据现场的实 际情况和工程项目所在地石林的地形和地貌，光伏电站依势而建，我们对表面的土壤进行 了测试，我们取一中间值土壤电阻率取5000 Q mt本方案设计光伏方阵地网为： 采用50X5mmB镀锌角钢和40X 4mmfe镀锌扁钢在光伏 场区每十个光伏方阵沿光伏方阵的边界根据地形布置形成一个环形接地装置，相邻光伏方 阵接地装置之间采用40X4mmfe镀锌扁钢等电位连接，连接不少于 2处

25、。水平接地体在安 装过程中如遇巨石、光伏方阵基础可绕行或将水平接地体置于巨石、基础之下。光伏方阵部每排光伏支架之间采用-40x4热镀锌扁钢连接，前后排光伏支架首位相连， 连接不少于2处。最后将全站光伏方阵接地装置并联为一个整体闭合型地网，在交叉处采 用/ 50X 50 X 2500热镀锌角钢作为垂直接地体。垂直接地体在光伏方阵的环形水平接地体 上每隔5米距离设置一个。逆变器及箱式变电站接地装置采用50 x 5mm热镀锌扁钢与光伏方阵接地装置可靠连接，连接不少于 2处。单个光伏阵列防雷接地材料清单厅P名称型号单位数量1水平接地体50X5热镀锌扁钢M457.52连接扁铁40X4热镀锌扁钢M5583

26、垂直接地体50X5X2500热镀锌角钢根704接地模块TJ-MK块105离子接地极LJD-1000根86.7光伏场区环形闭合地网的接地电阻计算1 、复合接地体的接地电阻为:土壤电阻率(5000 Q m)(中间值)S环形地网的面积2 、接地模块的接地电阻计算：(1)单块接地模块的接地电阻:a: 接地模块的长500mmb：接地模块的宽400mmP : 土壤电阻率，取 5000Q .m2 2) 10接地模块的接地电阻：R3风 n yR4： 10块接地模块并联接地电阻R2:单块接地模块的接地电阻(Q)n：多块接地模块的数目(10块)多块接地模块的利用系数(取0.75)3 、垂直接地极的接地电阻：(1)

27、单根垂直接地体的接地电阻按下式计算如下Rc =(ln %2 dcdc式中：pT 原地层的电阻率5000Q m1c 垂直接地体长度2.5md 角钢的等效直径0.03m(2) 70根垂直接地体并联接地电阻R1 Rcn y式中：Rc为单根垂直接地体的电阻值 n为接地体的根数取70根“为多根接地体共用时的利用系数取0.75Rz(R3环形地网、垂直接地极，离子接地极及接地模块并联后的接地电阻计算如下1R4经计算，以水平接地体为主垂直接地体为辅且边缘闭合（所用 60X 6的热镀锌扁钢， L50X 5X2500热镀锌角钢数量为70根、接地模块10块、离子接地极8套/米）的并联后 的理论接地电阻为 3.5 Q

28、,满足设计要求。第七章施工方法1、光伏方阵接地装置的水平接地线采用-50x5热镀锌扁钢，连接支架之间的接地线采 用-40x4热镀锌扁钢，垂直接地极规格采用接地极（各投标人可根据各自方案选择接地极 的规格及形式）。2、接地装置各交叉点均应可靠焊接，不得有虚焊、假焊现象。焊接处应采取涂防腐 漆或沥青等防腐蚀措施。采用搭焊接时，其搭接长度应为扁钢宽度的2倍或圆钢直径的6倍。接地体搭接、焊接前彻底去锈。接头处作严格防腐处理。接地引线地面上、下各 40cm 的围不得有焊接头。焊接应平整无间断，不应有凹凸、夹渣、气孔、未焊透及咬边等缺陷。 所有焊缝均需涂刷防腐漆或沥青漆作防腐处理。3、光伏方阵、逆变器及箱

29、变接地装置采用水平接地体为主，以垂直接地极为辅组成 复合接地装置。外缘各角应做成圆弧形，圆弧的半径直大于均压带间距的一半。水平接地 体和垂直接地体顶部的埋设深度距离地面不小于0.8m。垂直接地极深度不应小于 2.5m。局部遇到岩石处，以挖到岩石为止且垂直接地极深度不应小于1.0m。4、水平接地沟槽开挖好后，要进行验收，合格后，铺入水平接地体，打入垂直接地 极，然后进行可靠的焊接。土方开挖与回填由本合同的施工单位负责，焊接处应采取涂沥 青等防腐蚀措施。在水平接地体、黏土敷设好之后，剩余的敷设沟需要回填的部分，要用 筛过的细土分层夯实，回填不得用大石块、碎石或建筑垃圾等杂物。5、每个方阵接地装置施

30、工完成后应相互连接，并测试接地电阻。6、施工中发现地下有异物要及时报告安全负责人决定施工方法。如发现有损伤地下 电缆情况要立即停止工作。7、接地装置的接地电阻、接触电压和跨步电压满足规程要求，尽可能使电气设备所 在地点附近对地电压分布均匀。8、钢材选用优质产品，所有钢材均选用热镀锌。9、所有连接体及焊缝回填土前应经建设方指定的人员检查合格后方可填土，在填土前要对隐蔽工程进行拍照。10、接地装置络及接地装置寿命为 25年。11、水平接地沟槽开挖好后，铺入水平接地体，打入垂直接地极，然后进行可靠的焊 接。12、接地装置应符合交流电气装置的接地（DL/T621-1997）的有关规定，所有不带电运行的金属物体，如电气设备的底座和外壳，金属构架和钢筋混凝土构架，金属围栏和 靠近带电部分的金属门框，电缆外皮和电线电缆穿线钢管等均应接地。除另有规定外，对 电缆外皮和穿线钢管应做到两端接地。13、离子接地极采用垂直方式埋设，深度为 1mi连接方式为焊接，焊接要求如以上所 述。14、接地装置在