光伏电站工程防雷接地专项施工方案文档格式.docx
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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。
云南是我国雷电多发区，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勐腊县年平均雷暴日数高达123天。
云南雷电灾害严重，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、大地或防雷装置上，产生电效应、热效应和机械力者。
就是说雷电直接击中建筑物或暴露在空间的各种设备或大地或人身。
它可能在数微秒之内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内泄放入地，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内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，但击中与本建筑物内、外各种设备相连的管线，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范围之内，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。
第五章项目内容及要求
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－50×
5热镀锌扁钢设置一圈水平接地带，接地体埋设深度不小于0.6～0.8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4Ω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内的接地线采用-50×
5热镀锌扁钢，垂直接地极规格采用50×
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
6.2.1防直击雷设计
按照相关防雷规范的要求，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。
6.2.2防闪电涌设计
按照相关防雷规范要求，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。
6.2.3接地等电位连接
按照相关规范要求，光伏阵列内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。
6.2.4光伏发电系统的相关设备浪涌过电压保护示意图
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，其防护措施；
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《建筑物防雷设计规范》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，装设独立避雷针接闪器。
根据滚雷法确定单根避雷针的保护范围，可参照第二类防雷采用滚球半径hr为45m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——避雷针的高度，取45m
hr——滚球半径，取45m
hx——光伏发电场中的光伏组件最高件的高度，取5m
经计算45m高的单根避雷针在5m高的平面上保护范围半径仅为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内建筑物和设备，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），避雷针的保护范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，其防雷保护范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发电场的全部，而装设多根45~150m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内和东、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大地，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2.5m至5m之间。
光伏发电场内的光伏组件遭受雷击与设备和建筑物的高度有关，根据有关国内、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≈3×
10-5H2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，地面光伏发电场内的建筑物和设备遭受雷击的几率和次数都是很低的。
6.5光伏场区防雷接地方案
光伏发电场内的交流系统接地，应遵循《交流电气装置的接地》DL/T621的规定。
光伏发电场内的光伏组件，直流汇流箱、逆变器等设备的接地，除遵循DL/T621规定要求外，特别是防雷接地，还应符合国标《建筑物防雷设计规范》GB50057的相关要求。
地面光伏发电场内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。
根据设计院的设计要求，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。
在各个小局域网内，以每一串光伏组件作为一个设备单元，用符合规范要求的接地扁钢或圆钢，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，该串光伏组件其他部分仍然与地网相联。
当一串组件长度大于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，对大地无散流功能，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，不能沿其长度范围内对大地迅速散流，起不到接地体的作用。
应充分利用光伏发电场内的所有设备基础内的钢筋等作自然接地体。
将光伏发电场内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。
根据规范要求，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内人员和设备的安全。
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大地，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。
40个子方阵形状各异，极不规则。
同时，区域内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
ab
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，采用不等间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）根据相关规范及技术文件的要求，光伏方阵接地电阻不得大于4Ω，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5000Ω·
m。
本方案设计光伏方阵地网为：
采用50×
5mm热镀锌角钢和40×
4mm热镀锌扁钢在光伏场区内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40×
4mm热镀锌扁钢等电位连接，连接不少于2处。
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。
光伏方阵内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∠50×
50×
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×
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
序号
名称
型号
单位
数量
1
水平接地体
5热镀锌扁钢
M
457.5
2
连接扁铁
40×
4热镀锌扁钢
558
3
垂直接地体
5×
2500热镀锌角钢
根
70
4
接地模块
TJ-MK
块
10
5
离子接地极
LJD-1000
8
6.7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（5000Ω·
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500mm
b:
接地模块的宽400mm
ρ：
土壤电阻率，取5000Ω.m
（2）10接地模块的接地电阻：
：
10块接地模块并联接地电阻
单块接地模块的接地电阻（Ω）
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）单根垂直接地体的接地电阻按下式计算如下:
式中：
──原地层的电阻率5000Ω·
m
──垂直接地体长度2.5m
d──角钢的等效直径0.03m
（2）70根垂直接地体并联接地电阻
为单根垂直接地体的电阻值
n为接地体的根数取70根
η为多根接地体共用时的利用系数取0.75
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:
Ω
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60×
6的热镀锌扁钢，L50×
2500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3.5Ω，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的范围内不得有焊接头。
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，圆弧的半径宜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，剩余的敷设沟内需要回填的部分，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1m。
连接方式为焊接，焊接要求如以上所述。
14、接地装置在施工时，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。
如若接地装置在施工后，根据现场情况的变化，方阵接地电阻不能达到4Ω以下（由于地形的复杂性和不可确定性导致接地电阻值达不到设计要求值）可考虑增加以下措施使其接地电阻值达到设计标准4Ω以下：
1、换土
根据公式计算：
Rn—任意形状边缘闭合接地装置的接地电阻，Ω；
Re—等值（即等面积、等水平接地极总长度）方形接地装置的接地电阻，Ω；
S—接地装置的总面积，m2
d—水平接地极的直径或等效直径，m；
h—水平接地极的埋设深度，m；
L0—接地装置的外缘边线总长度，m；
L—水平接地极的总长度，m
经计算后得出：
Rn=3.24Ω.M＜4Ω符合设计标准。
换土的同时也可使用降阻剂敷设在水平接地体与垂直接地体中，再进行回填的方式，但此方法造价略高于单纯换土方法。
2、打深井加长垂直接地极长度以降低接地电阻
采用深井式垂直伸长接地装置是在水平地网的基础上向大地纵深寻求扩大地网面积。
在垂直方向加大地网尺寸，与水平地网相连，形成立体地网。
此种方式具有以下几个特点：
（1）地中深层接地电阻稳定，不受季节变化；
（2）散流能力强，特别是对高频雷电流作用明显；
（3）垂直接地极不易氧化。
根据等效半球体接地电阻计算法：
式中：
R为所求地网设计接地电阻值；
ρ为土壤电阻率；
r为深井深度
在已知土壤电阻
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