引言
在全球積極踐行可持續(xù)發(fā)展理念的大背景下，清潔能源的開發(fā)與利用成為時代發(fā)展的關(guān)鍵驅(qū)動力。光伏發(fā)電廠場作為太陽能轉(zhuǎn)化為電能的核心場所，其規(guī)模和數(shù)量呈現(xiàn)出迅猛增長的態(tài)勢。然而，這類發(fā)電場的特殊布局與運行環(huán)境，使其在雷電頻發(fā)的季節(jié)面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。
光伏發(fā)電廠場往往占地面積廣闊，大量的光伏組件陣列毫無遮攔地暴露在自然環(huán)境之中。這些組件既是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的關(guān)鍵設(shè)備，同時也因大面積的金屬材質(zhì)和較高的安裝位置，成為雷電青睞的目標。此外，發(fā)電場內(nèi)還配備了眾多復(fù)雜且精密的電氣設(shè)備，如逆變器、配電柜、變壓器等，它們在整個發(fā)電和輸電過程中扮演著不可或缺的角色，但也使得整個發(fā)電場的電氣系統(tǒng)更為復(fù)雜，增加了遭受雷電損害的風(fēng)險。
一旦遭受雷擊，后果不堪設(shè)想。雷電產(chǎn)生的瞬間高壓和強電流，可能會瞬間點燃光伏組件、引發(fā)火災(zāi)，造成難以估量的財產(chǎn)損失。同時，還可能直接擊穿電氣設(shè)備的絕緣層，致使設(shè)備內(nèi)部元件損壞，甚至導(dǎo)致整個發(fā)電場的供電系統(tǒng)癱瘓，不僅會中斷電力輸出，影響周邊地區(qū)的用電需求，修復(fù)受損設(shè)備和系統(tǒng)也需要耗費大量的時間和資金。因此，無論是從保障發(fā)電場自身的安全生產(chǎn)，還是維護電力供應(yīng)的穩(wěn)定性角度出發(fā)，科學(xué)有效的防雷技術(shù)以及定期嚴謹?shù)姆览讬z測，無疑是確保光伏發(fā)電廠場穩(wěn)定運行的關(guān)鍵所在，對推動光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展具有深遠意義。
一、光伏發(fā)電廠場防雷核心技術(shù)
（一）直擊雷防護技術(shù)
- 避雷針
：避雷針宛如一座屹立不倒的堅固堡壘，被精準地安裝在升壓站、開關(guān)站以及其他較高建筑物的頂部。它的工作原理基于尖端放電效應(yīng)，憑借自身高聳的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，能夠主動將雷電吸引至自身。當(dāng)雷電來臨之際，強大的雷電流沿著避雷針的金屬桿體迅速流下，再通過與之緊密相連的引下線，被安全、順暢地導(dǎo)入大地深處。
在確定避雷針的保護范圍時，行業(yè)內(nèi)普遍采用滾球法。這是一種基于數(shù)學(xué)模型的科學(xué)計算方法，其核心依據(jù)是避雷針的高度、需要保護的電氣設(shè)備或光伏組件所在點的高度，以及特定的滾球半徑等關(guān)鍵參數(shù)。通過復(fù)雜而嚴謹?shù)墓接嬎悖軌蚓_得出在某一高度的保護點與避雷針之間的水平距離，從而確保在該水平距離范圍內(nèi)的所有電氣設(shè)備和光伏組件，都能被納入避雷針的有效保護區(qū)域，免受直擊雷的直接侵襲。例如，在一個特定的光伏發(fā)電廠場中，某避雷針高度為 30 米，其周邊需要保護的一組光伏組件高度為 5 米，經(jīng)過專業(yè)計算，確定在該情況下滾球半徑為 60 米，依據(jù)公式計算得出該組光伏組件與避雷針之間的安全水平距離為 45 米，只要確保該組光伏組件位于以避雷針為中心、半徑 45 米的圓形區(qū)域內(nèi)，就能得到可靠的直擊雷防護。
2. 避雷帶與避雷網(wǎng)：在光伏組件分布最為密集的區(qū)域，避雷帶與避雷網(wǎng)共同構(gòu)建起了一道嚴密的防護屏障。避雷帶通常沿著光伏陣列的邊緣，以一種規(guī)則且連續(xù)的方式進行敷設(shè)，宛如一條環(huán)繞著光伏組件的安全防線。而避雷網(wǎng)則像是一張精心編織的大網(wǎng)，在大面積的光伏組件上方巧妙地構(gòu)建成網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)。
它們的主要作用在于當(dāng)直擊雷來襲時，能夠迅速地攔截雷電，并將強大的雷電流均勻地分散開來。這樣一來，就避免了某一個單點承受過大的電流沖擊，有效保護了下方眾多的光伏組件。這些避雷帶和避雷網(wǎng)通常選用熱鍍鋅圓鋼或扁鋼作為制作材料，這是因為熱鍍鋅處理能夠顯著增強鋼材的抗腐蝕性能，延長其使用壽命。在實際安裝過程中，它們的截面積和安裝間距都有著嚴格的行業(yè)標準和規(guī)范要求。例如，根據(jù)相關(guān)標準，對于一般的光伏發(fā)電廠場，避雷帶的熱鍍鋅圓鋼直徑不應(yīng)小于 8 毫米，避雷網(wǎng)的網(wǎng)格尺寸不宜大于 10 米 ×10 米，必須嚴格按照這些標準執(zhí)行，才能確保避雷帶和避雷網(wǎng)在關(guān)鍵時刻發(fā)揮出最佳的防雷效果。
（二）感應(yīng)雷防護技術(shù)
- 等電位連接
：等電位連接可以形象地理解為在光伏發(fā)電廠場內(nèi)構(gòu)建了一個全方位的電氣平衡網(wǎng)絡(luò)。其具體做法是將發(fā)電場內(nèi)所有可能因雷電感應(yīng)而帶電的金屬物體，如光伏組件的邊框、各類電氣設(shè)備的金屬外殼、金屬構(gòu)架以及金屬管道等，通過導(dǎo)電性良好的導(dǎo)體緊密地連接在一起，從而形成一個統(tǒng)一的等電位體。
當(dāng)雷電感應(yīng)發(fā)生時，由于所有金屬物體都處于同一電位，它們之間不會產(chǎn)生危險的電位差。這就從根本上杜絕了因電位差而引發(fā)的設(shè)備內(nèi)部電子元件被擊穿損壞，以及人員在接觸不同金屬物體時遭受觸電傷害的風(fēng)險。以光伏組件為例，在實際的光伏發(fā)電廠場建設(shè)中，工作人員會使用專門的等電位連接線，將每個光伏組件的邊框逐一連接起來，并且每隔一定的距離（通常為 10 - 15 米）就與接地系統(tǒng)進行可靠的連接，以此確保整個光伏陣列始終處于同一電位，在雷電感應(yīng)的情況下依然能夠安全穩(wěn)定地運行。
2. 電涌保護器（SPD）：
- 直流側(cè) SPD
：直流側(cè) SPD 宛如一位時刻保持警惕的電流衛(wèi)士，被精準地安裝在光伏陣列的直流輸出端。它具備極其敏銳的反應(yīng)能力，能夠在納秒級別的極短時間內(nèi)迅速感知到雷電感應(yīng)產(chǎn)生的過電壓信號。一旦檢測到過電壓，它會立即導(dǎo)通，將過高的電壓限制在一個安全的范圍內(nèi)，并及時將雷電流快速地引入大地。
這種快速響應(yīng)和精準保護的特性，為直流線路以及與之相連的設(shè)備提供了高效且可靠的防護。例如，在一次雷電天氣中，光伏陣列的直流線路因雷電感應(yīng)出現(xiàn)了瞬間高達數(shù)千伏的過電壓，而安裝在直流輸出端的 SPD 在幾納秒內(nèi)迅速動作，將過電壓限制在了 500 伏以內(nèi)，成功避免了后續(xù)直流設(shè)備因過電壓而損壞的風(fēng)險。
- 交流側(cè) SPD
：交流側(cè) SPD 則被安裝在逆變器的交流輸出端以及后續(xù)一系列交流電氣設(shè)備的前端，如配電柜、變壓器等。它不僅要應(yīng)對雷電感應(yīng)過電壓對交流電氣設(shè)備的威脅，還要抵御在正常操作過程中可能產(chǎn)生的操作過電壓。
在選擇交流側(cè) SPD 時，需要綜合考慮實際電路的電壓等級、負載特性以及可能出現(xiàn)的過電壓幅值等多種因素。例如，對于一個 10kV 的交流配電系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)的短路容量和負載情況，可能需要選擇通流容量為 40kA、殘壓不超過 2.5kV 的 SPD，以確保其在面對各種過電壓情況時，都能有效地將過電壓限制在設(shè)備可承受的范圍內(nèi)，保障交流電氣設(shè)備的穩(wěn)定運行。
（三）接地技術(shù)
- 水平接地體
：水平接地體通常采用熱鍍鋅扁鋼，在地下不小于 0.8 米的深度，精心地敷設(shè)成環(huán)形或網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)。之所以選擇這樣的深度，是為了避免接地體受到地面溫度變化、雨水沖刷以及人為活動等因素的影響，確保其接地性能的穩(wěn)定性。
水平接地體的主要作用是通過擴大接地面積，有效降低接地電阻，使雷電流能夠在導(dǎo)入大地的過程中均勻地擴散開來，避免局部電流集中。在設(shè)計水平接地體時，土壤電阻率是一個至關(guān)重要的考慮因素。例如，在土壤電阻率較低的黏土地區(qū)，可能只需要較小的接地體截面積和相對稀疏的網(wǎng)格間距就能滿足接地電阻的要求；而在土壤電阻率較高的砂石地區(qū)，則需要適當(dāng)增加熱鍍鋅扁鋼的截面積，并加密網(wǎng)格間距，以達到理想的接地效果。一般來說，在常見的土壤條件下，水平接地體的網(wǎng)格間距可控制在 3 - 5 米之間。
2. 垂直接地體：垂直接地體一般選用角鋼或鋼管，通過專業(yè)的施工設(shè)備將其垂直打入地下，并與水平接地體進行牢固的焊接連接。它的存在能夠進一步增加接地體與土壤的接觸面積，從而顯著降低接地電阻。
垂直接地體的長度和數(shù)量并非隨意確定，而是需要根據(jù)實際的地質(zhì)條件、接地電阻要求以及水平接地體的布置情況進行科學(xué)計算。一般情況下，垂直接地體的長度約為 2.5 米，這是經(jīng)過長期實踐和理論研究得出的較為理想的長度，能夠在保證接地效果的同時，兼顧施工的便利性和經(jīng)濟性。其間距通常不小于長度的兩倍，即 5 米以上，這樣可以避免相鄰垂直接地體之間的屏蔽效應(yīng)，確保每個垂直接地體都能充分發(fā)揮作用，共同構(gòu)建起一個高效的接地系統(tǒng)。
二、光伏發(fā)電廠場防雷檢測要點
（一）接閃器檢測
- 外觀檢查
：對接閃器進行外觀檢查時，需要檢測人員具備高度的責(zé)任心和敏銳的觀察力。對于避雷針，要仔細查看其針尖部位是否尖銳、完好，有無因長期暴露在自然環(huán)境中而出現(xiàn)的銹蝕、磨損等情況；桿身部分則要檢查是否存在彎曲變形，任何微小的變形都可能影響其對雷電的吸引效果。對于避雷帶，要重點檢查其固定支架是否牢固可靠，有無松動、脫落的現(xiàn)象；帶體本身是否存在脫焊、斷裂等問題，這些缺陷都可能導(dǎo)致避雷帶在遭受雷擊時無法正常傳導(dǎo)雷電流，從而影響整個防雷系統(tǒng)的效果。
- 安裝位置與高度測量
：使用專業(yè)的測量工具，如全站儀、激光測距儀等，精確測量接閃器的安裝位置和高度。安裝位置的偏差可能導(dǎo)致保護范圍出現(xiàn)盲區(qū)，使部分電氣設(shè)備或光伏組件暴露在直擊雷的威脅之下；而高度不足則可能無法有效吸引雷電，降低接閃器的防護能力。通過將實際測量得到的參數(shù)與設(shè)計圖紙進行詳細比對，能夠及時發(fā)現(xiàn)并糾正存在的問題。例如，如果發(fā)現(xiàn)某避雷針的實際安裝位置與設(shè)計位置偏差超過 50 厘米，就需要重新調(diào)整安裝位置，確保其能夠按照設(shè)計要求覆蓋相應(yīng)的保護區(qū)域。
（二）引下線檢測
- 外觀檢查
：引下線作為雷電流從接閃器傳輸?shù)浇拥匮b置的關(guān)鍵通道，其完整性和可靠性至關(guān)重要。在進行外觀檢查時，要仔細查看引下線的表面是否存在破損、銹蝕的痕跡，這些缺陷會削弱引下線的導(dǎo)電性能和機械強度。同時，還要留意是否有外物纏繞在引下線上，如樹枝、藤蔓等，這可能會影響引下線在雷電流沖擊下的正常工作。此外，檢查引下線的固定情況也不容忽視，查看固定引下線的支持卡子是否齊全，有無松動、缺失的情況，一旦發(fā)現(xiàn)問題，必須及時進行修復(fù)和補充，以確保引下線在雷電流的強大沖擊下依然能夠保持穩(wěn)定。
- 導(dǎo)通性測試
：利用專業(yè)的接地電阻測試儀或?qū)y試儀，對引下線與接閃器以及接地裝置之間的導(dǎo)通情況進行嚴格測試。良好的導(dǎo)通性是確保雷電流能夠順利傳輸?shù)暮诵囊兀绻戮€存在斷路或接觸不良的問題，雷電流將無法正常導(dǎo)入大地，這無疑會給整個發(fā)電場帶來巨大的安全隱患。在測試過程中，需要將測試儀的測試夾分別可靠地連接到引下線、接閃器和接地裝置上，通過讀取測試儀顯示的電阻值，判斷導(dǎo)通情況。一般要求引下線的導(dǎo)通電阻值必須控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，如不超過 0.5 歐姆，以保證雷電流能夠暢通無阻地通過引下線。
（三）接地裝置檢測
- 接地電阻測量
：使用專業(yè)的接地電阻測試儀，定期對接地裝置的接地電阻值進行測量，這是評估接地效果的關(guān)鍵指標。對于光伏發(fā)電廠場而言，通常要求接地電阻不大于 4Ω。接地電阻過大，雷電流在導(dǎo)入大地的過程中就會受到較大的阻礙，無法迅速有效地擴散，進而在設(shè)備和人員周圍形成危險的跨步電壓，對設(shè)備安全和人員生命構(gòu)成嚴重威脅。
在測量過程中，必須選擇合適的測量方法和測量點。常見的測量方法有三極法、四極法等，需要根據(jù)現(xiàn)場的實際地形和接地裝置的布置情況進行選擇。同時，測量點的選取也至關(guān)重要，要確保測量點能夠準確反映接地裝置的整體接地性能。例如，在一個大型的光伏發(fā)電廠場中，可能需要在不同區(qū)域選擇多個測量點進行測量，然后取平均值作為最終的接地電阻值，以保證測量結(jié)果的準確性和可靠性。
2. 接地體腐蝕情況檢查：接地體長期深埋地下，不可避免地會受到土壤中的水分、酸堿度、微生物等多種因素的影響，從而容易發(fā)生腐蝕。通過開挖檢查或借助先進的土壤腐蝕測試儀等手段，能夠及時了解接地體的腐蝕情況。如果發(fā)現(xiàn)接地體腐蝕嚴重，其截面積會相應(yīng)減小，電阻增大，進而影響接地效果。
對于輕微腐蝕的接地體，可以通過涂刷防腐漆、包裹防腐材料等方式進行防腐處理；而對于腐蝕嚴重、已經(jīng)無法滿足接地要求的接地體，則必須及時進行更換。例如，在對某光伏發(fā)電廠場的接地體進行檢查時，發(fā)現(xiàn)部分接地體的腐蝕程度已經(jīng)超過了其截面積的 30%，此時就需要立即更換這部分接地體，以確保接地系統(tǒng)的正常運行。
（四）等電位連接檢測
- 連接可靠性檢查
：檢查等電位連接線與各金屬物體之間的連接是否牢固可靠，是確保等電位連接有效性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。要仔細查看連接點是否有松動、脫落的現(xiàn)象，連接點的接觸面是否清潔，有無氧化、腐蝕等問題。這些問題都可能導(dǎo)致連接點的接觸電阻增大，在雷電感應(yīng)時產(chǎn)生電位差，從而引發(fā)設(shè)備損壞事故。
對于發(fā)現(xiàn)的松動連接點，需要重新緊固；對于氧化、腐蝕的接觸面，要進行徹底的清理，去除表面的氧化物和腐蝕物，然后涂抹導(dǎo)電膏，以降低接觸電阻，確保連接的緊密性和可靠性。例如，在對某光伏發(fā)電廠場的等電位連接進行檢查時，發(fā)現(xiàn)一處等電位連接線與光伏組件邊框的連接點出現(xiàn)了松動和氧化現(xiàn)象，經(jīng)過重新緊固和清理處理后，連接點的接觸電阻從原來的 10 歐姆降低到了 0.1 歐姆，有效保障了等電位連接的可靠性。
2. 導(dǎo)通性測試：使用導(dǎo)通測試儀，對整個等電位連接網(wǎng)絡(luò)中各點之間的導(dǎo)通情況進行全面測試，確保等電位連接系統(tǒng)的電氣連接始終保持良好狀態(tài)。導(dǎo)通電阻值應(yīng)嚴格符合相關(guān)標準要求，一般要求在毫歐級。在測試過程中，需要按照一定的順序，依次對各個連接點之間的導(dǎo)通情況進行測試，記錄測試結(jié)果。
若在測試過程中發(fā)現(xiàn)某段等電位連接線存在導(dǎo)通不良的情況，必須立即深入排查原因。可能是連接點接觸不良、導(dǎo)線內(nèi)部斷裂等原因?qū)е拢槍Σ煌脑虿扇∠鄳?yīng)的修復(fù)措施，如重新連接、更換導(dǎo)線等，以保證等電位連接的有效性，為設(shè)備和人員提供可靠的安全保障。
（五）電涌保護器檢測
- 外觀檢查
：檢查電涌保護器的外觀是否完好無損，是初步判斷其工作狀態(tài)的重要方法。查看外殼有無破損、變形的情況，這些物理損傷可能會影響電涌保護器內(nèi)部元件的正常工作。同時，要密切關(guān)注指示燈的顯示狀態(tài)，正常情況下，電涌保護器的工作指示燈應(yīng)呈現(xiàn)綠色常亮狀態(tài)，這表明其處于正常工作狀態(tài)，能夠隨時發(fā)揮防護作用。
一旦發(fā)現(xiàn)指示燈變紅或熄滅，這可能意味著電涌保護器已經(jīng)損壞或失效。例如，當(dāng)指示燈變紅時，可能表示電涌保護器已經(jīng)遭受過較大的過電壓沖擊，內(nèi)部元件已經(jīng)受損；而指示燈熄滅則可能是電源故障或內(nèi)部電路出現(xiàn)斷路等問題。此時，必須及時進行更換，以確保設(shè)備能夠得到有效的保護。
2. 性能測試：使用專用的電涌保護器測試儀，對電涌保護器的殘壓、通流容量、響應(yīng)時間等關(guān)鍵性能參數(shù)進行嚴格測試。殘壓是指電涌保護器在導(dǎo)通時兩端的電壓降，如果殘壓過高，就可能對設(shè)備造成損害；通流容量則決定了電涌保護器能夠承受的最大雷電流值，若通流容量不足，在雷電流的強烈沖擊下，電涌保護器很可能會被燒毀；響應(yīng)時間則直接影響到電涌保護器能否快速對過電壓作出反應(yīng)。
通過定期進行性能測試，能夠確保電涌保護器的性能始終符合產(chǎn)品技術(shù)要求和相關(guān)標準規(guī)定。例如，對于一款標稱殘壓為 1.5kV 的電涌保護器，在實際測試中，其殘壓應(yīng)控制在 1.5kV±10% 的范圍內(nèi)；通流容量應(yīng)不低于其標稱值；響應(yīng)時間應(yīng)在規(guī)定的納秒級時間內(nèi)。只有各項性能參數(shù)都滿足要求，才能保證電涌保護器在關(guān)鍵時刻有效地保護設(shè)備免受雷電過電壓的侵害。
三、結(jié)論
光伏發(fā)電廠場的防雷工作是一個復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)工程，它涵蓋了直擊雷防護、感應(yīng)雷防護以及接地等多個關(guān)鍵領(lǐng)域，每個領(lǐng)域都包含著眾多相互關(guān)聯(lián)、相互影響的技術(shù)環(huán)節(jié)和檢測要點。只有全面、合理地應(yīng)用各種防雷技術(shù)，構(gòu)建起一個科學(xué)、完善的防雷體系，才能從根本上降低雷電對光伏發(fā)電廠場的危害。
同時，定期開展全面、細致、嚴謹?shù)姆览讬z測工作同樣不可或缺。通過檢測，能夠及時發(fā)現(xiàn)防雷系統(tǒng)中存在的各類潛在問題，如設(shè)備老化、連接松動、性能下降等，并采取針對性的措施進行修復(fù)和改進，確保防雷系統(tǒng)始終處于良好的運行狀態(tài)。
只有將防雷技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用與防雷檢測的嚴格執(zhí)行緊密結(jié)合起來，形成一個有機的整體，才能為光伏發(fā)電廠場的安全穩(wěn)定運行提供堅如磐石的保障。這不僅關(guān)系到發(fā)電場自身的經(jīng)濟效益和生產(chǎn)安全，也對整個光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展具有重要的推動作用。隨著技術(shù)的不斷進步和經(jīng)驗的不斷積累，相信光伏發(fā)電廠場的防雷工作將會越來越完善，為清潔能源的發(fā)展保駕護航。
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