光伏电站接地系统问题浅析

本文列举了光伏电站接地系统施工的常见问题，并对光伏电站接地技术进行了简要分析。

【关键词】光伏电站 接地系统

能源是社会发展和存在的基石，随着世界经济的不断发展，从古至今能源的消费在不断攀升，且必将成为未来社会科学发展的核心竞争力之一。在化石能源供应日趋紧张的今天，大规模开发利用可再生能源早已成为世界各国能源战略的重要组成部分。我国的太阳能、风能等新能源开发从前些年的爆发式容量增长到如今追求的更科学、更多样和更安全，新能源产业依旧在蓬勃发展，如图1。

现今，随着光伏发电技术的日趋成熟和大量已建成光伏电站的运营，系统安全性已经成为了保障日常生产的重要因素。以往许多人们对于“小容量”光伏电站的接地、防雷问题并不重视，但随着太阳能电池板功率和电站系统容量的增大，近年来由于接地不良造成的人身触电伤亡事件已为数不少。本文将列举在建设过程中可能会遇到的接地施工问题并浅析接地技术。

1 光伏电站接地系统常见问题

光伏系统布线复杂、支路繁多、距离长、面积大，不可避免的会受到自然界和人为破坏，从而使光伏电站出现接地故障。一般情况下，在发生一极接地时，由于没有构成接地电流回路而不会引起危害。但一极长期接地工作依然是危险的，当另一个地点同时发生接地故障时，将可能造成直流电源短路，烧毁熔断器和开关，甚至导致逆变器故障。此外，防雷系统的故障，更会直接导致人身和设备的损害。通过在青海等地进行光伏电站EPC总承包和调研工作，发现在建设过程中接地系统常见的施工问题如下：

（1）接地引下线和避雷带焊接长度不够（圆钢不应小于六倍直径，扁钢不小于两倍宽度）；焊接不合格，焊接处有焊瘤、气孔和夹渣；未敲除焊渣。

（2）接地引下线、避雷带变形，脱离支架。

（3）用结构金属材料代替避雷针及接地引下线，镀锌焊接后未刷防腐漆。

（4）接地体引下线未做防腐处理。

（5）接地线穿墙时未加设保护套管。

（6）屋内电气设备外壳未与接地系统连接。

（7）电气设备接地线未与地网连接。

（8）接地体、地网安装敷设过浅（不应小于0.8米；若有冻土层，则应敷设在冻土层以下）。

在光伏电站的建设施工过程中，接地工程多为隐蔽工程和边角工程，经常被施工和监理人员所忽视。而有些接地系统一旦发生故障，在广阔的厂区检测故障点并修复往往要耗费大量人力和时间。因此，在建设过程中，各参建方应仔细审查、理解设计图纸，各专业协同合作，对于设计图纸中衔接不清或施工中存在的不确定应及时反映沟通，勿要放任敷衍，导致返工乃至威胁设备和人身安全。

2 光伏电站接地系统

2.1 接地电阻

为防止触电或保护设备的安全，将设备和用电装置的中性点、外壳或支架与接地装置用导体作良好电气连接叫做接地。接地系统包括需接地设备、接地引下线、接地体和大地。接地电阻是指电流由接地装置流入大地再经大地流向另一接地体或向远处扩散所遇到的电阻，它包括接地引下线和接地体本身的电阻、接地体与大地之间的接触电阻以及两接地体之间大地的电阻或接地体到无限远处的大地电阻。接地电阻大小直接体现了电气装置与大地“接触”的良好程度，是检测接地系统是否合格的直接参数。

一般在光伏电站中，接地引下线和接地体的电阻很小，多可忽略。系统的接地电阻主要为接地体到大地无限远处的电阻，即主要由接地体周围的土壤电阻率决定。

2.2 土壤电阻率

土壤电阻率是单位长度土壤电阻的平均值，单位是欧姆・米。土壤电阻率的大小主要取决于土壤中导电离子的浓度、土壤含水量和土质颗粒的大小，如表一。

2.3 接地方式

光伏电站接地系统通常有两大类：一是防雷接地，二是工作接地。不同类型的接地，要求也不尽相同。防雷接地的接地电阻值一般在4-30欧，而工作接地的接地电阻一般在0.5-10欧。光伏电站占地面积虽大但布局空间有限，为了满足接地电阻的要求，往往采用全站共用接地系统的设计方案。

2.3.1 防雷接地

光伏电站由于占地面积相对较大，周围地势多相对平缓且厂区内无高大建筑，其防雷措施主要为：

（1）加设避雷针以防止直击雷并满足保护半径，高度多在20-35米。但为了保证光伏电池组件的运行安全和效率，应避免对组件造成遮挡阴影。

（2）光伏组件支架可靠接地。

（3）汇流箱进出端口处加设避雷器。

2.3.2 工作接地

工作接地方式主要有以下三种类型：

（1）中性点非直接接地方式（I-T）。用电设备中性点不接入大地，如图2。

（2）单个保护接地方式（T-T）。电源变压器的中性点直接接地，用电设备外壳可导电部分直接接入大地如图3。

（3）中性点直接接地方式（T-N）。在这种方式中，电力系统变压器中性点直接接地，用电设备外壳可导电部分通过接地引下线和接地系统作良好的金属性连接，如图4。

光伏电站接地系统敷设常会面临下列三项问题：

a.选择主控室和各逆变器室位置

主控室和逆变器室应尽量选择在电阻率减低的土壤周围。但光伏电站各电气室受空间限制较大，亦可将接地体敷设在电阻率较低的土壤里。

b.使用化学降阻剂

化学降阻剂一般为高分子合成树脂和电解水溶液并混合固化剂而成。将其注入接地体周围后会变成固液混合形态，大大降低该处电阻率。主要应用于高寒和土壤电阻率较高地区。

c.接地体防腐

根据厂区土壤情况合理选择接地体材质，保质刷涂防腐漆，必要时可采取阴极保护。

在实际工程中，要特别注意本工程地域特点，有的放矢。以青海省为例，即便相邻的两工程中接地系统敷设所遇到的问题却不尽相同。有的站区土壤多含碎石，主要需解决土壤电阻率较高的问题；而相邻站区则可能由于地下盐碱水问题则需特别注意防腐。

3 总结

在自动化科技飞速发展的今天，光伏电站已进入“无人值班，少人值守”的运行模式。接地系统的完善，作为保护设备、人身安全的重要保障，理应得到大家的重视。光伏电站的接地系统，除了应遵守国家有关规程、保证施工质量外，还要因地制宜，根据现场实际情况，分析工程特点，多对周边在运行项目进行调研学习，确保安全生产。

作者单位

1中国电力建设工程咨询公司 北京市 100000

2 国网河北省电力公司经济技术研究院 河北省石家庄市 050000