光伏发电站防雷装置检测.pdf

科技与企业 231科 技 创 新光伏发电站防雷装置检测随着环境问题的日益严重， 我国越来越重视清洁能源的开发和利用， 太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点。 据预测，太阳能光伏发电在 21世纪会占据世界能源消费的重要席位， 不但要替代部分常规能源， 而且将成为世界能源供应的主体。 国家目前也在大力支持光伏发电站的建设， 根据 《可再生能源中长期发展规划》 ， 到 2020年， 中国力争使太阳能发电装机容量达到 1.8GW（百万千瓦） ， 到 2050年将达到 600GW（百万千瓦） 。然而， 由于本身特点和所处地理环境等原因， 光伏电站极易遭受雷击， 造成设备损坏和停电事故， 甚至威胁人身安全， 为 了防止或减小雷击事故的发生， 就必须有完善的雷电的防护装置和措施， 而只有通过防雷装置检测才能判定雷电防护装置是否完好 。 笔者通过对蒙东协合阿日昆都楞 20MWp光伏并网发电站和内蒙古霍林河露天煤业 20MWp分布式光伏发电站两个光伏电厂防雷装置检测的经验， 浅谈光伏发电站防雷装置检测过程中的要点及应注意的问题。1、 光伏并网发电系统原理和结构光伏并网发电原理： 太阳能组件通过串并联组成光伏阵列， 光伏阵列将太阳能转变成直流电能， 经直流配电柜汇流、 逆变器逆变、变压器升压后， 接入中压或高压电网， 由电网统一分配电力。 光伏电站一般由两部分构成， 即光伏阵列区和升压站。1.1光伏阵列区主要包括： ①光伏阵列或光伏方阵， 是由若干个光伏组件或光伏板在机械和电气上按一定方式组装在一起并且具有固定的支撑结构而构成的直流发电单元； ②光伏汇流箱， 将若干个光伏组件输出线路有序连接、 具有汇流功能的连接箱体， 汇流箱内部还会安装熔断器、 电涌保护器等保护器件； ③箱式逆变器， 箱内包含直流配电柜、 逆变器柜、 交流配电柜以及通讯机柜等； ④箱式变压器， 主要功能是将逆变器输出的交流电进行升压， 以便将电能传输到升压站。1.2升压站一般包括： ①主控室 （继保室） ； ②变电装置 （主变压器、 无功补偿装置及室外 刀闸门形构架等； ③配电室 （高压配电室、 低压配电室、 GIS室等） ； ④其他附属设施及生活设施等。2、 检测前期准备工作2.1前期现场勘查、 查阅图纸通过前期现场勘测以及查阅图纸， 对光伏电站结构以及主要设备初步了解， 以确定检测内容和方式。2.2制定作业指导书根据前期勘察， 结合防雷检测要求， 制定详实的作业指导书。2.3劳动保护和安全应根据现场特点准备安全帽、 防静电工作服、 绝缘手套等劳保用品， 以保障检测人员人身安全； 进入现场前检测人员应了解现场安全管理的规定。3、 现场检测光伏阵列区光伏电站检测主要检测内容包括光伏阵列区内直击雷防护装置检测、 阵列区等电位连接检测、 阵列区电涌保护器检测， 升压站防雷装置检测。 其中阵列区光伏阵列组件直击雷防护利用组件自身金属支架进行接闪和引下 ， 因此检测中阵列组件直击雷防护接闪和引下装置检测可以与阵列区内等电位连接检测同时进行。3.1光伏阵列区接地电阻测试王刚 金鑫通辽市气象局 内蒙古通辽 028000光伏电站光伏阵列区主要包括光伏阵列、 逆变器柜、 变压器柜等， 阵列区内所有设备共用一个地网， 该地网一般由人工接地体和自然接地体共同组成。 参照一些行业标准及光伏电站相关标准， 光伏阵列区接地电阻值不宜大于 4欧姆， 在实际检测中还应参考电站设计图纸对地网接地电阻值的要求， 若图纸要求更高， 则应按照图纸要求进行检测。为了提高测量结果的准确性， 测量阵列区地网接地电阻值应使用测试电流比较大的 《大型地网接地电阻测试》 仪进行测量 , 测量方法采用三极法。 为了较准确地找到实际零电位区， 可把电压极沿测量用电流极与被测接地装置之间连接线方向移动三次， 每次移动的距离约为 dGC的 5%。 如果测量结果相对误差不超过 5%， 则可以把中间位置作为测量用电压极的位置。 在实际测量中， 由于光伏阵列区占地面积比较大， 周围地理环境也比较复杂， dGC取 （ 4～ 5） D值会比较困难， 此时如果接地装置周围的土壤电阻率较均匀， dGC可以取 2D值， 而 dGP取 D值； 当接地装置周围的土壤电阻率不均匀时 ， dGC可以取 3D值， dGP值取 1.7D值。3.2光伏阵列区等电位为了防止雷电波入侵和人身电击事故， 光伏阵列区内所有正常不带电设备金属外壳和构筑物金属部件均应直接或通过等电位端子与地网进行可靠连接。 阵列区内设备和构筑物金属部件包括变压器、 逆变器及附属设备金属外壳、 汇流箱金属外壳、 光伏组件金属支架、 太阳能电池板金属边框等。 箱式变压器、 箱式逆变器外壳应就近与地网可靠连接， 变压器和逆变器内设备与外壳电气接； 每排光伏组件的金属固定构建之间均应电气连接， 金属固定件应与接地装置电气连接； 汇流箱、 铠装线缆屏蔽层、 太阳能电池板金属边框均应与光伏构件电气连接。 以上各连接部件的材料和最小截面积应符合 GB50057-2010表 5.1.2 条的要求； 作为接闪器的光伏组件金属边框材料和最小尺寸英符合 GB50057-2010表 5.2.1 的规定。3.3光伏阵列区电涌保护器为 了防止雷电过电压或者其他故障过电压沿输电线路对各设备造成损坏， 应在以下位置安装电涌保护器 （ SPD） 进行防护： 光伏汇流箱内安装直流电源 SPD； 箱式逆变器内逆变器直流输入端 （即直流配电柜） 安装直流电源 SPD， 逆变器交流输出端 （即交流配电柜）安装交流 SPD； 箱式变压器内低压柜应安装交流电源 SPD。安装在汇流箱内的电源 SPD应选用Ⅱ类试验的电涌保护器，SPD每一模标称放电电流 In 值应根据光伏电站规模确定， 大于30MW P的大型电站 In 值不应小于 20k A， 小于 30MW P且大于1MWP的中型电站 In 值不应小于 15kA， 小于 1MWP的小型电站 In 值不应小于 10kA； SPD电压保护水平U p值应根据汇流箱额定直流电压U n确定， 当U n≤ 60V时 ， U p应不大于 1.1kV， 当 60V＜U n≤ 250V时 ，U p应不大于 1.5kV， 当 250V＜U n≤ 400V时， U p应不大于 2.5kV， 当400V＜U n≤ 690V时 ， U p应不大于 3.0kV， 当 690V＜U n≤ 1000V时 ， Up应不大于 4.0kV。 安装在逆变器和箱式变压器内的电源 SPD应依据GB50057-2010第 6.4章相关要求选择参数。检测过程中除检查电源 SPD参数是否符合要求外， 还应检查以下内容： 对 SPD进行外观检查： SPD的表面应平整， 光洁， 无划伤，无裂痕和烧灼痕或变形， SPD的标志应完整和清晰； SPD安装工艺， 连接导体的材质和导线截面， 连接导线的色标， 连接牢固程度(>>下转第 232页）232 科技与企业科 技 创 新电力变压器绝缘故障的分析与诊断郑坚勇浙江临高电气实业有限公司 浙江临海 317004【摘要】 近年来， 我国经济快速发展， 使得能源消耗量逐渐增多 ，特别是 电力 系统， 为满足人们的需求， 我国 电力 系统正逐步实施大规模的输电任务 ， 电力 变压器作为 电力输送过程中最为重要的电力设备， 其安全稳定运行对于电网的运行来说意义重大， 因此对电力 变压器的故障进行诊断分析是非常重要， 而绝缘故障在 电力变压器故障中 占有一部分的比例。 本文简单叙述了 引发变压器绝缘故障的原因并对其的诊断技术进行 了 详细的说明。【关键词】 电力 变压器； 绝缘故障； 诊断近年来， 我国经济不断发展， 各个行业对电能的消耗量也逐渐增多， 基于这种情况， 输电的电压等级也要随之提高， 变压器的容量和电压等级也应进行相应的升高， 只有这样才能使得变压器正常工作。 绝缘故障是技术人员在故障检测中最易出现的一种， 其主要组合材料为绝缘油和绝缘纸， 长期使用不进行维护会出现老化情况，为避免重大事故的发生， 对变压器的故障诊断是非常必要的。一、 电力变压器绝缘故障发生的原因 不同的变压器在绝缘材料组成方面存在一定的差异， 在变压器运行的过程中受到的影响也分为很多种， 主要分为以下几种： （ 1）有部分变压器在设计时， 采用的绝缘材料较薄， 油道比较少， 他们使用期限比较少， 当其运行到电力系统运行时， 故障就很容易形成了 ； （ 2） 电力变压器对其内部清洁度有严格的要求， 如果其内部含有少量金属杂质会对爬电距离有影响， 可能导致局部放电的发生，存在安全隐患； （ 3） 在使用过程中， 电力变压器各相之间应保证足够的绝缘裕度， 如果不能保证， 可能导致相间短路的发生。 另外， 各相间之间应加入绝缘隔板。 如果出现短路故障， 应改变相间电场强度， 导致隔板出现树状放电的情况； （ 4） 在绝缘成型件加工过程中 ，如果在其内部或者表层受到导电质污染时， 就会出现局部放电甚至是绝缘件表面漏电的现象， 使得其绝缘效果发挥不到最好； （ 5）在对变压器设计时， 油道设计时最关键的环节， 设计人员给出的方案不合理就会使得绝缘油的油速加快， 致使出现流油过快的现象。（ 6） 在运行中， 如果绝缘油出现污染， 其绝缘强度就会有大幅度降低， 从而影响到变压器整体的运作性能。二、 电力变压器绝缘故障诊断分析1. 绝缘油硫腐蚀的故障诊断近年来， 相关研究表明， 变压器的出现的故障多是由油硫腐蚀的原因造成的， 设备在运行较长时候后， 设备用的线圈材料会因何硫的大面积接触导致出现腐蚀现象， 这种情况逐渐引起电力工业技术人才的广泛关注， 很多 人在研究中发现， 容量的大小、 电压的高低和这种现象出现的概率成相关性， 并且在高压绕组上， 绝缘纸与裸铜线相结合的部位最为明显， 出现这种情况说明， 其与变压器运作中的问题也有一定的关联， 在出现腐蚀的高压绕组上会发表有颜色的物质出现， 呈蓝自色或浅灰色， 研究人员对该物质进行诊断， 发现其为硫化亚铜， 其表现出现出的特性 -导电， 对绝缘体的绝缘性造成了很大的影响。2. 绝缘油中溶解气体的故障诊断一般电压器在运作时， 会有空气中水分和氧分渗入到里面， 会对绝缘材料的性能造成直接的影响， 随着使用设备的时间推移， 变压器中所用绝缘油和绝缘纸的性质也会在物理及化学两方面发生变化， 在出现绝缘故障时 ， 机器内部就会产生大量的 CO、 CO2， 这些气体随着故障的不断延续而变为旗袍， 不断溶解在油中， 根据对油质的分析 ， 就能对其故障进行诊断。3. 人工智能在线变压器故障诊断在进行故障诊断时， 对设备油中融化气体进行解析， 就能对故障类型进行判断， 但分析油中溶解的气体程序比较复杂， 产生故障的原因也有很多， 在这种情况下 ， 对技术人员的专业知识及素养就有了更高的要求， 国内外学者研究各种在线监测系统， 出现了较为先进的人工智能诊断技术， 其主要是模仿人们的思维， 找出故障， 并解决故障之间的复杂关系， 并且其还能随外界变化进行调整， 缓解了工作人员的压力， 提高了诊断效率， 近几年研究出了 几种的几种方法如神经网络、 专家判断、 模糊数字等已得到广泛应用， 其中神经网络模型已被认定为最具潜力的一种方法。参考文献[1] 潘 翀 .电力 变压器绝缘故障诊断技术及热状态参量预测模型研究 [D].重庆大学 ,2009.[2] 郑含博. 电力变压器状态评估及故障诊断方法研究 [D].重庆大学 ,2012.等； 检查安装在电路上的 SPD限压元件前端是否有脱离器， 如 SPD无内置脱离器 , 则检查是否有过电流保护器。3.4升压站检测升压站建构筑物及设备应公用接地装置， 使用大型地网接地电阻测试仪进行测量， 测量方法与光伏阵列区相同。 接地电阻值如果无特殊要求不应大于 4欧姆， 如果图纸设计有更高要求， 则按图纸要求检测。 升压站内主控室、 配电室、 室外变电装置等应设置直击雷防护装置， 检测中应检查接闪器、 引下线等装置材料规格， 保护范围、 安装质量等是否符合 GB50057-2010相关规定； 主控室、 配电室内设备、 机柜等应就近与等电位端子或接地母线进行可靠电气连接， 室外变电装置应可靠接地。 主控室低压配电系统应安装电源SPD进行防， SPD安装位置、 数量、 参数选择以及安装工艺要求应符合 GB50057-2010第 6.4章的规定。4、 小结光伏发电是以各具有巨大发展潜力的技术， 随着社会进步和发展， 将有更多的光伏发电站进入我们的视野 ， 雷电作为对光伏电站威胁最大的自然灾害之一， 我们不容忽视， 对光伏电站的防雷检测工作更应严格、 仔细， 检测中应对光伏电站的结构和特点充分 了解，掌握防雷检测部位及关键环节。(>>上接第 231页）