雷电流对光伏电站二次系统影响的的研究

雷电流对光伏电站二次系统影响的的研究

李小永张振洲

陕西光伏产业有限公司陕西西安710075

摘要：光伏电站遭受雷击时的瞬态雷电流能够在二次系统的电缆中产生寄生电流，同时也会在电缆两端产生信号干扰，严重影响系统的正常运行，甚至导致系统故障和损坏，本文提出一种在二次电缆中串联环形电感的方式来消除寄生电流对系统的影响，保证光伏二次系统在遭受雷击时能有效地保护系统的正常运行。

关键词：光伏电站：二次系统：瞬态雷电流：寄生电流

1、引言

光伏电站中大量的设备如：汇流箱、直流柜、逆变器、箱变、高低压柜、通讯、保护等设备中大量使用屏蔽电缆，来完成二次系统中的通信、保护、控制、供电等，瞬态雷电流在二次系统中产生的寄生电流是导致光伏电站二次系统运行故障的主要原因，同时也会对系统产生信号干扰，导致通信数据丢失，给光伏电站的运维带来很大不便。

二次设备之间通常采用屏蔽电缆连接，电缆的屏蔽层的两端分别与设备的外壳连接后接地，能起到一定的屏蔽作用，随着电站的运行年限的增加，接地连接松动，大地过于干燥等原因均有可能造成接地电阻的升高，此时电缆屏蔽层的屏蔽效果也会大大折扣，光伏电站受雷击时，产生的瞬态电流此时会在电缆屏蔽层中产生明显的寄生电流，同时也会在电缆两端的端口产生信号干扰。寄生电流是一种静态电流，频率越高越容易产生，一旦产生就会形成寄生电容电流，寄生电流一般均很小，影响因素多，不易检测，尤其当查找故障原因改变条件时，如断开部分回路，寄生电流随之减少或者消失，控制回路故障随之消失，因此其隐蔽性强，不易诊断。

传统的限制寄生电流的方法是采用屏蔽电缆一端接地另一端悬浮，或一端接地另一端经过避雷器接地的方式，这两种电缆连接方式破坏了电缆屏蔽的完整性，降低了外屏蔽效果，有可能在二次设备端口引入新的干扰电压，影响系统的安全运行。

2、串联环形电感限制寄生电流和干扰电压

2.1原理分析

光伏电站二次系统连接如下：

说明：

1、R1和R2为二次单元端口的输入电阻；

2、L1和R5为电缆芯电感和电阻，L2和R6为电缆屏蔽层电感和电阻；

3、L3和L4为串联环形电感；

4、V为电缆瞬态电压，V1和V2分别为R1和R2两端电压。

2.1.1电路没有串联环形电感L3和L4时，

由于二次电缆一般距离不会太长，所以电缆的屏蔽层电感和电阻都会很小，在同样的瞬态电压下，屏蔽层中的电流会很大，所以寄生电流在电缆屏蔽层中幅值也就很大，屏蔽层中寄生电流所感应的磁通M也就很大，而芯线电阻和电感相对较大，回路中的电流就较小，相应的感应磁通也不会太大。

由于V为工频电压，频率较低，二次电缆的芯线电感的感抗值远低于电阻的阻抗值，相应的压降也远低于电阻的压降值，所以工频电压V主要落在芯线电缆的电阻上，R1和R2为二次单元的端口输入电阻，端口输入电阻主要取决于端口连接材料、端口连接牢固度，端口连接材料多为螺钉连接，其阻值较连接电缆芯线电阻很大，即：R1=R2》R5，所以二次连接电缆芯线电阻R5可忽略，所以此时工频电压V主要落在R1和R2上，即：V1=-V2=1/2V，所以二次电缆端口的干扰电压为1/2V。

2.1.2电路串联环形电感L3和L4时，

由2.1.1分析可知，没有串联电感时在线路的芯线和屏蔽层的电感都相对较小，干扰电压主要分布在二次单元的入口，寄生电流主要集中在电缆的屏蔽层中，当在二次单元连接电缆中串入较大的环形电感L3和L4后，芯线回路和屏蔽层回路中的电感就不能再忽略，只要串联电感的感抗值远大约于回路的阻抗值后，电感的压降就远大于电阻的压降，干扰电压在端口上的压降就会降低，瞬态雷电流的影响就会大大降低。

3、结论

当光伏电站遭受雷击时，巨大的雷电流会引起光伏电站的低电位升高，瞬态的电位分布能在二次单元的连接电缆中产生寄生电流，同时也会对二次单元的端口形成干扰电压严重影响光伏电站的正常运营，串联环形电感能有效的限制寄生电流和二次单元的干扰电压。环形电感不会产生磁通，不会破坏电路原有的结构。

参考文献：

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作者简介

李小永（1980—），男，汉族，陕西汉中，现为陕西光伏产业有限公司电气工程师。