作者｜王玉娟、刘晓燕、杨成山
青海省气象灾害防御技术中心
由于太阳能光热电站地处地势开阔地带，其建（构）筑物孤立或突出，遭受雷击的几率增大，如果其防雷措施不完善或防雷安全检测不到位，极易对太阳能热发电站的安全运行及人民生命财产安全带来严重威胁，因此，太阳能热发电站的防雷安全检测尤为重要。青海省气象灾害防御技术中心的王玉娟等撰写的《塔式太阳能热发电站防雷及接地检测技术研究》论文，介绍了塔式太阳能热发电站的防雷类别划分、雷电防护技术与接地情况，并从直击雷防护、防雷电波侵入和接地装置特性参数3个方面对塔式太阳能热发电站防雷检测内容、检测项目及结果判定等进行探讨，提出了塔式太阳能热发电站防雷检测应注意的一些问题。这些探讨研究，对于确保电站的安全运行具有十分重要的意义。
图：熔盐塔式光热电站的热力循环系统示意图
论文主要内容：
1、太阳能热发电站防雷类别的确定
按照《建筑物防雷设计规范》（GB 50057- 2010）防雷分类规定[4]，对发电站内集热场、发电区、升压变电站（开关站）等其他建（构）筑物应分别进行防雷类别划分，预计雷击次数N 大于0.25 次/a 的划分为第二类防雷建筑物，大于或等于0.05 次/a 且小于或等于0.25 次/a 的划分为第三类防雷建筑物。其中，发电区储热区域无论是导热油或熔盐作为储热介质，都属重大危险源，应划分为第二（经项目研究和参考有关标准，确定宜划分为第二类）类防雷建筑物。
2、塔式太阳能热发电站的防雷及接地
（1） 集热场
集热场吸热塔、相机塔多采用钢结构，塔体为独立接闪杆（塔杆）。定日镜基础多采用钢筋混凝土结构或钢结构，利用自身的金属边框可作为接闪器，接地以基础接地和人工辅助接地体相结合。
（2） 发电区
汽轮机房、集中控制室、维护检修房等多为钢筋混凝土结构的建（构）筑物，以屋面接闪带和接闪网作为接闪器，构造柱主筋作为引下线，基础作为接地，构成直击雷防护系统。储热区域做好钢储罐的防雷接地，储热区域内金属外壳、储罐、管道等做好电气连接，同时做好钢储罐、作业区的静电防护措施。
（3）升压变电站（开关站）
升压变电站（开关站）的接地设置一般以水平接地和垂直接地体为主的复合接地网，直击雷防护应设有一支或多支满足保护范围的独立接闪杆和门架接闪杆，以保护电气设备免受雷击危害。
（4） 附属建（构）筑物及生活区
附属建（构） 筑物及生活区主要包括综合办公楼、生活服务用房、综合仓库等。建筑物及建筑物内电子和电气设备的防雷装置应满足防直击雷、防雷电感应及雷电波侵入的相关要求。
3、塔式太阳能热发电站雷电防护检测
塔式太阳能热发电站的雷电防护装置性能检测主要应从防直击雷措施、防雷电感应措施、防雷电波侵入措施以及升压变电站（开关站）接地特性参数等方面进行逐项测试与判定，主要检测项目见表1。
（1）防直击雷措施的检测
塔式太阳能热发电站的直击雷防护措施一般应检测接闪器、引下线和接地装置。
（2） 防雷电波侵入措施的检测
塔式太阳能热发电站的防雷电波侵入措施一般由等电位连接、屏蔽和电涌保护器（SPD）等部分组成。
（3） 变电站（升压站）接地装置特性参数的测试
接地阻抗：目前我国测量接地阻抗一般用电位降法，尤其以0.618 法和30°夹角法更为常用[6]。当采用0.618法测量接地阻抗时，各测试线路往往长距离平行敷设，当线路中注入交变的测试电流时，线路之间容易产生互感，线路中的测试电流也会出现变化，因此优先选择使用夹角法或者测试极分别布置在接地装置相对两侧的反向法进行。
图2 30°夹角法接地阻抗测试布线图
说明：D 是地网最大对角线长度；G 是地网；E是接地网边缘测试点；P 是电压极；C 是电流极；θ是电压极与电流极之间的夹角；DEP 是电压极到接地网边缘测试点之间的距离；DEC 是电流极到接地网边缘测试点之间的距离。
接触电压和跨步电压：如果接地装置性能不良，接触电压和跨步电压过大，将会对工作人员的生命安全带来威胁。因此检测时，接触电压以站区设备为检测对象，跨步电压以站区设备周围以及工作人员经常出入通道为检测对象，在地网注入异频电流的情况下，如图3 所示方法布线。
图3 接触电压和跨步电压检测示意图
说明:G 是接地网；S 是设备构架；P 是模拟人体金属铁脚；C 是电流极；Rm 是等效人体电阻；dGC 是电流极到接地网之间的距离；I 是检测电流。
场区地表电位梯度：在接地装置注入测试电流的前提下，将被测试场区合理划分,场区电位分布用若干条曲线表述（曲线根据设备数量、重要性等因素布置，一般情况下曲线的间距不大于30m），将测试仪表按图4 所示方法连接，，在曲线路径上中部选择一条与主地网连接良好的引下线作为参考点，从曲线的起点每间距1m或2m 测试地表与参考点之间的电位梯度U，直到终点。设备接地场区地表电位梯度应根据现场实测值绘制U- x 曲线来判断，绘制的曲线应比较平坦，没有明显起伏和突变，两端略有抬高，说明接地装置状况良好；反之，接地装置状况不良。
图4 地表电位梯度检测示意图
4、电气完整性
检测各设备之间、配电柜、开关柜、金属构架等之间的电气完整性。首先选定一个很可能与主地网连接良好的设备的接地引下线为参考点，用测试设备测试周围电气设备接地部分与参考点之间的直流电阻。导通检测值在50mΩ 以下的为导通状况良好，50mΩ～200mΩ 的设备状况尚可，200mΩ～1Ω的设备状况不佳，1Ω 以上的设备与主地网未连接，应尽快检查处理；如果开始即有很多设备测试结果不良，宜考虑更换参考点。当测试中发现测试值在50mΩ 以上时，应反复测试验证。特别注意的是，独立接闪杆接地装置与升压变电站（开关站）主地网之间的导通检测值应在500mΩ 以上，以确保独立接闪杆接地装置为独立。
论文结论：
太阳能热发电站构成单元多、占地面积大，接地装置地网也较大，现场检测内容和项目较多，要做好太阳能热发电站防雷检测，需充分考虑防雷设计和实际情况，并根据以下要求分别做好防护措施：
1、首先要掌握电站系统构成和工作原理，其次要做好现场勘察、确定检测项目和内容等，正确划分太阳能热发电站各区防雷类别。
2、传统的接地电阻仪测试电流一般为工频测试电流（50Hz），存在容易被干扰的缺点，常用于检测小型接地装置的接地电阻。因此，做好太阳能热发电站防雷及接地系统的综合判断，应综合考虑各方面的因素，尤其是升压变电站（开关站）接地装置特性参数的测试更要科学准确，使用异频法和电压降法等干扰小的测试方法，全面准确地检测有关项目和参数等，才能判断接地装置的性能。
3、太阳能热发电站防雷是一个系统工程，除应按防雷设计要求做好项目实施外，还应根据有关要求，在其系统运行当中，定期做好防雷检测工作，才能有效保证太阳能热发电站防雷装置处于良好的运行状态。
(如需查阅论文全文，请联系Lydia, 347720881@qq.com)
