分布式光电建筑“十三五”发展规划专题论坛

添加时间：2016-03-31 13:35:06 来源：爱中国能源网

         章放：谢谢柳青女士。光伏系统应用到建筑上以后，原来建筑主要是负荷，随着建筑上安装光伏越来越多，所以出现了电源。现在有请山西朗坤电气科技有限公司李鹏飞先生演讲。

        李鹏飞：各位来宾，各位领导，大家好。我们是山西朗坤电气科技有限公司，专业致力于提供接地系统解决方案的服务商。我们专业从事接地系统的咨询、勘察、设计、研发、生产、销售和接地安装工程。这是我们公司的理念。
        刚才各位嘉宾关于组件智能建筑物政策的发言令人印象深刻。现在我要讲一个光伏电站中容易被大家忽略的问题，就是光伏电站的接地系统存在的问题及解决方案。接下来主要从接地系统的含义，接地系统的现状、问题和解决方案，三个方面和大家做这次交流。
        第一个，接地系统的含义。接地系统是将电气与大地相连，提供故障电流和雷电流的泻流通道，稳定电位，提供零电位参考点，以保证电气设施正常运行和人生安全。其具体作用可以分为工作接地、防雷接地和保护接地。工作接地起到的是稳定电位，提供零电位参考点的作用。防雷接地体了故障电流和雷电流的泻放通道。保护接地的作用是保证电气设备的正常运行和人员安全。工作接地、防雷接地、保护接地三者共同构成了光伏电站的联合接地系统。因此，接地系统并不仅仅只是防雷接地。
        第二，光伏电站接地系统的现状和现在面临的问题。接地系统是利用接地装置来进行接地泻流，降低接地电阻。目前我国国内传统的接地系统大量使用了角钢、扁钢来构筑地网。部分电站在建设的时候由于考虑到现场土壤对地网腐蚀程度的剧烈，会采用铜材质来替代角钢和扁钢，比如说盐碱地、余光互补这些项目，这就导致了接地系统存在以下五个方面的问题。接地电阻的问题、设备接地的问题、设备接地系统均压的问题、接地系统热稳定性的问题和接地系统的腐蚀问题。
         第一个，接地电阻的问题。接地电阻的数值，接地电阻的数值是衡量接地系统是否达到设计要求的一个重要指标。决定接地电阻数值的主要因素是自然环境中的土壤电阻率，季节的变化带来的温度和湿度的变化，会使接地电阻随着各种因素的变化而变化，而接地系统自身的布局导弹腐蚀情况也会影响接地电阻的数值。但是由于接地系统往往呈网格状设置，地网中的断点和接地系统受腐蚀的情况在测试中不能够很好的体现出来，而设备接地不良和地网电位不均衡的问题完全体现在接地电阻的数值上，所以接地电阻数值达到设计要求并不意味着接地的良好。但是接地电阻数值要是超过了设计标准，说明整个接地系统已经出现了严重的缺陷，只能通过改造来消除隐患。
         第二个，均压的问题。在电站施工期间，由于人工经验不足，或者工作失误导致各处接地系统电位不一致容易引起事故。尤其是光伏电站，电站占地面巨大，均压处理不当时两点之间的电位不一致，产生的电位差很容易对汇流箱、逆变器内的微电子设备造成损坏及设备误动作现象，受到地质条件的影响，施工过程中经常出现接地材料埋设深度达不到设计要求的情况，个别施工单位使用表层覆土的方式直接埋设接地材料。雨季来临，在地表径流的冲刷下会使接地材料暴露在地面，使接地失效，使整个地网的电位出现不均衡的现象。
        第三，设备本身的接地问题。我们在现场遇到很多设备没有做接地处理，或者是接地接触不良。电气设备接地或接临的分支线没有与接地的干线连接。故障电流通过的时候会产生较高的残压，这个时候会使电气设备遭到损坏。光伏电站隐处部分数量繁多，如果完全依靠人工经验来焊接出现故障就是高概率的事件了。
        第四个，热稳定性问题。接地系统热稳定不达标主要发生在材料的连接处。传统材料使用的是电焊进行连接，人工经验不足使连接处的长度和饱满度上都是有差别的。焊口处容易有夹渣，焊流、虚焊、气空这些问题，这种连接方式的导电性和热稳定性也是不可靠的。焊点处是呈条状或点状连接的，而镀锌钢材是受焊接引力压合在一起，不可能做到完全的融合。当出现雷击电流、故障电流冲击的时候，焊点处由于它的连接接面积小，电流在此处做工会导致焊点处高温、熔化、脱落，最终使地网结构受到损坏。
         最后是接地系统的腐蚀问题。腐蚀问题直接关乎了接地系统的使用寿命和有效性。设计阶段对项目所在地的土壤勘察经常是以抽样选点的方式进行的，所以就会导致对土壤腐蚀情况的预判不足。传统施工中选用的镀锌钢材料本身存在制造工艺上的缺陷，保证了镀层的附着性较差，使用电焊工艺进行连接的过程，电电弧的高温完全破坏了连接处的镀层，导致了连接点成了地网腐蚀速度最快的地方。即便是在电焊处刷涂防锈漆，在地下的潮湿环境中依然不能够很有效的延缓腐蚀。同时，由于镀锌钢材料在地下会发生电化学反应，加快了接地系统的腐蚀速度。左边这张图是一张埋设在地下两年的镀锌钢试片，由于杂散电流的作用，镀锌层不能很好的控制防腐。右边这张图大家看一下，上面是一个隐下线，底下是抛开一点点之后的接地，也是一个隐下线的部分。我们可以明显的看到，地面的腐蚀是远远要大于地上部分的，这就说明了镀锌钢材料在地下受到电流，在工作过程中受到电流，受到地下土壤环境的高湿度环境影响下，镀锌钢材料对腐蚀的抵抗性其实是很不差的。最终8-10年的使用寿命远远不能达到电站的设计寿命，高腐蚀地质条件下甚至会缩短到3-5年。
         以上是传统接地系统面临的问题。长期的工作中，我们总结了光伏电站接地系统有涉及范围大，使用频率高，维护频率低，改造难度大的特点。首先光伏电站接地系统是一个大型接地系统，具有占地面积大，隐处连接点数量多的特点。光伏电站地网面积与整个电站的面积相当，每一组支架，每一台逆变器都需要与接地系统进行可靠连接。光伏电站无论是地网密度还是隐处点数量都远远大于火电厂。100兆瓦的光伏电站占地面积约为3000亩，接地网需覆盖全场。而一个2×350兆瓦的火电厂占地面积仅为200亩左右，所需的接地线也仅为2万米。
        第二，使用频率高。光伏电站内遍布着数量庞大的光伏组件和支架，同时接入了大量的电气设备，场内所有的组件、支架、汇流箱、逆变器均需要做接地处理。同样以一个100兆瓦光伏电站为例，接地垫数量约为2000个左右，而一个2×350兆瓦火电厂接入点仅为200个左右，可见光伏电站系统接地系统的使用频率之高。
        第三，维护频率低。光伏电站智能化程度高，维护人员数量少，而火电厂有专业的电气班组对接地系统进行定期的检测维护。当光伏电站接地系统发生故障的时候，很难第一时间发现，进而导致电厂的设备造成损害。
         第四，改造难度大。现有光伏电站接地系统的寿命接是8-10年，远不能够满足光伏电站25年的设计使用寿命。在光伏电站的寿命周期中必然会面临2-3次的改造，一旦光伏电站接地系统出现改造的需求，就需要在电站内部进行大规模的开发，这种开发很容易损伤到厂区内部的光伏组件，最终导致改造难度大，改造风险高，改造费用不可控。
        综上所述，光伏电站接地系统在使用传统材料、连接工艺和施工技法的情况下，会出现人工作业不规范、施工周期拖长、留有较多隐患的问题。以上这些问题最终导致了现阶段我国光伏电站接地系统长期处在低标准人工作业的一个局面。我们应当提高对接地系统的全面认识，在电站建设初期通过更优化的设计方案和组织来杜绝此类安全隐患，真正做到一次性建成安全无事故的全寿命接地系统，这就是我们的解决方案。
         针对光伏电站接地系统中存在的问题和自身的特点，我们建立了一套高效的、完整的设计解决方案。模块化的设计，工厂化的生产，装配式的建设。从接到客户委托开始到组成一支专业化的团队，再到整理现场的勘察报告，出具涉及方案，一整套流程会在1小时之内完成，可达到客户的要求。在设计阶段，我们对诸多影响接地系统的影响进行全盘考虑，以上就是我们需要考虑的内容。综合了这些寿命之后提出综合的一套施工方案。在优化的设计基础上进行模块化的选材。模块化的选在是根据设计阶段的要求，有针对的选择适合项目本身情况的接地材料，进而对工厂下达定制的接地单元生产要求，对接下来的生产和装配建设进行前期建设。这张图是用高标准模块化选材与传统材料的对比。通过对比直观的可以看到，并且在寿命上可以达到40年以上，使地网的寿命完全覆盖电场的寿命。
        第二，工厂化生产。工厂化自生产既有效杜绝了小作坊生产的镀锌钢材料不达标的情况，实现了质量方面的有效管控，最大程度上减少了人为施工带来的不确定性，同时大大缩短了现场施工时间，提高了施工进度。
         第三，装配式建设。直接通过螺栓与光伏支架进行连接，这种建设方式彻底改变了接地施工的流程，提高了效率，配合开发的装配机械，一次性到位的施工效率，由于机械专为施工所设计，可以做到开发深度标准、开发速度快，是普通挖掘机开发速度的5倍。从输送的砂纸土壤到坚硬的岩石地表都均可以做到标准化开发，特别适合有水土保湿及植被保护要求的项目。现在大家看到左边的这张图片是以最小开发做的现场事宜。这个开发精度就是在0.1，特别适合于内蒙地区，由管理委员会对水土保护要求比较高的一些地方。而连接单位采用放热含连接技术，对比传统的电焊技术具有热稳定性好、抗腐蚀性力强的特点。大家可一看一下，这是放热焊接内部热成像动态图，对应这边的温度是2760度，在这种反应温度下可以做到连接点的完全融合，比电焊技术要好很多，彻底解决地网连接处热稳定性的问题。这个是放热焊接的一个过程示意，旁边连接出来的治污图。放热焊接最后形成的焊头本身是一个铜合金材质。在我们这一套系统中，焊点的寿命要比主材的寿命要长，这就彻底解决了连接点的腐蚀问题。这就是我们的节地系统与传统接地系统的对比图。相比传统的接地系统我们的接地系统是40倍，施工中心缩短原先的40%，因为我们把大量的现场施工全部都移在了工厂进行。故障率降低至传统接地系统的15%，就以一个30兆瓦的太阳能电站为例，10万米的接地线，如果不算连接设备，仅水平帝王，光水平函电式将近1.7万，但是我们的材料基本上可以做到500米一个单元。这样的话，我们的连接点总共也不过是500万，哪怕对应相同的函电失败率，5%的故障率的话，1.7万焊点意味着整个电站的水平地网上会有850个问题点存在，而我们仅仅只有50个，我们的故障率远远低于传统的接地系统。
       最后才是各位关心的造价问题。给大家展示出来的高价格的生态，我们可以做到设计院设计的用镀锌钢的预算，我们做到为大家施工，不增加业主、不增加投资者一分钱的负担。在成本上给客户带来看得见的节省。通过模块化的设计，工厂化的生产，装配式的建设，以产业链的形式重构接地施工的全过程，制定出符合光伏电站的接地系统解决方案，真正使接地系统达到高效率、模拟化、全寿命的要求。我的演讲到底结束。

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