120MW光伏直流屏高海拔应对措施

120MW光伏直流屏高海拔应对措施

1郭海东  2卢耀锋  3白正翔

1.华电（那曲）新能源有限公司西藏  那曲  852000

2.中国华电科工集团有限公司  北京丰台  100160

3.四川省华电成套设备有限公司  四川 成都 610000

摘要：虽然我国的光伏发电产业规模很大，已经非常成熟，但在海拔3500m以上地区长期运行的光伏电站极少，无论是设备的安全稳定运行还是运维人员的工作生活都存在很多的困难和挑战，需要持续对该类光伏电站的运行维护存在的问题和处理经验进行积累和研究分析，以期不断提高安全稳定运行和效益水平。

鉴于此，本文主要分析120MW光伏直流屏高海拔应对措施。

关键词：120MW光伏直流屏；高海拔；措施

1、引言

近年来，随着国家对经济社会发展提出了高质量发展的要求以及对环境保护的重视力度空前加强，经济结构的深刻转型极大地带动了新能源产业的迅速发展。作为我国光照资源最丰富的西藏自治区，光伏电站得到科学建设与应用，实现了西藏自治区县、乡、村农牧民群众用电问题的改善与解决，其社会效益、区域经济效益以及生态效益显著。很大程度上促进了西藏自治区的经济发展。但是，海拔高、高寒缺氧、温差大、电网薄弱等严酷运行环境也为光伏电站的运行维护提出了全新的要求和挑战。

2、工程概况

西藏华电那曲色尼区12万千瓦光伏发电电力保供项目位于西藏那曲市色尼区南侧，本项目直流侧安装容量为138.96MWp，交流侧额定容量为120MW。场址区距那曲市直线距离约8km，地面海拔高程约4500m-4600m。该项目采用“牧光互补”用地开发模式，项目拟建设条件地势较为平坦，规划总占地面积约4779亩，实际用地面积约2255亩，场址区距西侧G109国道约8km，场址区东侧有村村通道路，交通较为便利。

本项目直流侧安装容量为138.96MWp，交流侧额定容量为120MW，根据光伏阵列的布置方案，光伏区由38个光伏方阵组成，采用545Wp和550Wp双面单晶硅组件。每24块组件串联为1个光伏组串，每12-14路光伏组串接入1台196kW组串式逆变器，每18台组串式逆变器接入一台3.15MW箱式变电站设备，内含1台3150kVA/35kV油浸式升压变压器，将逆变器输出的低压交流电升压至35kV。根据地块分布情况，每6~7台35kV箱变并联为1回35kV集电线路，每回35kV集电线路容量为18.9MW~22MW，以6回35kV集电线路接入拟建位于光伏区西侧中部位置的110kV升压站。

3、高海拔环境对于电气设备的影响

高海拔地理环境的主要气候特征是气压低，相对湿度小，气温低，温差大，太阳光及紫外线辐射强，空气密度低。其中气压低是最主要的因素。高原环境对于电气设备的影响主要表现在：

随着海拔升高，气压的降低，电气设备的外绝缘强度降低。一般情况下，电气产品在海拔0～5000米范围内，海拔每增高1000米，气压降低12％，其外绝缘强度降低8～13％。

随着气压的降低，空气密度也相应减小，致使散热能力下降，导致以自然对流，强迫通风或空气散热器为主要散热方式的产品温升增高。一般情况下，电气产品在海拔0～5000米范围内，海拔每增高1000米，气压降低12％，其温升增高3％～10％。

气压降低，以自由空气为灭弧介质的开关电气产品通断能力和电气寿命也将有所降低。

气压降低，电气产品的密封容器压力差增大，引起气体或液体从密封容器向外泄漏，甚至引起容器破裂。

日夜温差变化大，可能引起产品密封不易保持，机械结构变形或开裂。

低气温对于电气产品因气压、空气密度降低而引起的温度升高有补偿作用。

海拔高，太阳光照强度大，强紫外线辐射引起气体分子电离，是导致电气设备外绝缘强度降低的重要原因之一。太阳辐射强度大，还会使有机绝缘材料加速老化，缩短使用寿命。

4、120MW光伏直流屏高海拔应对措施

4.1、智能高频开关整流模块应对措施

智能高频开关整流模块选用深圳市英可瑞科技股份有限公司生产的设备。

智能高频开关整流模块设计为2000m可以带满载，海拔每提高100m，输出功率降额1%，最高设计最高海拔为5000m，可以带70%的负载。智能高频开关电源采用n+1热备用设计，电源设备供电容量余量保证即使海拔升高散热也能满足可靠性要求。

智能高频开关整流模块通过以下措施使其满足高海拔使用：

输入电压工作范围宽：323V～456VAC；

内部采用性能可靠的工业级元器件，使其具备在恶劣环境下可靠运行；

采用先进的LLC谐振软开关技术，效率高,功率密度高；

采用无源PFC技术，功率因数高；

内置完善的EMC设计，满足GB/T 19826最新标准中EMC相关要求；

内置短路回缩保护，即使模块输出长期处于短路状态也不致损坏；

内置防反接保护，支持带电热拔插。

4.2、蓄电池应对措施

（1）阀控式铅酸电池的工作原理

所谓阀控式铅酸蓄电池,其关键部件即每只单体电池的注液孔配备了单向阀。电池在充电过程中,特别是偶遇过充时,电池内部的电解液将被电解产生一定量的氢气和氧气。当电池内部气体压力积累超过单向阀允许的开阀压力时将自动排气泄压;泄压到一定程度时单向阀自动关闭。该阀的功能就是允许内部超压时开启泄压,而在任何条件下都不允许外界的空气进入电池内部。这种单向阀通常由高弹性耐酸EPDM塑胶或氯丁橡胶制成。

理士公司选用的是国内高质量的、性能稳定的高档阀控制铅酸电池专用单向阀。

按照国家标准规定,该单向阀的开、闭阀压力范围1～49Kpa。

理士公司根据不同的产品和使用场合,选用了开闭阀压力很窄的公差带，以利于稳定产品的性能。

至于阀控式电池的充、放电性能不会受海拔高度的影响。

（2）不同海拔高度条件下的开、闭阀压力试验

为了探讨不同海拔高度条件下对于阀控式铅酸电池开、闭阀压力的影响，理士公司曾经在实验室模拟不同海拔高度条件下测试电池的开、闭阀压力。试验模拟海拔高度范围和测得的相对闭阀压力如下：

以上单向阀在海拔高度0m条件下的开闭阀压力分别为18和13.3kPa。

以上试验不难看出由于单向阀为高弹性材料,其相对开、闭阀压力都会随着外界的大气压力降低而减小,但其相对于外界的密封功能并没有明显的变化,完全可以保证单项阀超限泄压/自动关闭与外界隔离的功能。

（3）温差对电池的影响:

理士电池采用ABS高强度外壳,其承受的温度范围是:-20℃到50℃，电池在此温度内可以正常工作,因此在高海拔环境下的温度变化在此范围内时电池能正常工作。温度对于蓄电池实际容量会有直接变化影响,推荐使用温度25±3℃。

4.3、电气屏柜应对措施

柜体选用辛柏机械技术（太仓）有限公司生产的设备。

电气屏柜通风散热设计进行了高海拔修正，柜体框架选用21折一次滚压成型，静态承重达到2000公斤，网孔门通风率最高达到85%，其柜体表面处理采用纳米薄膜技术+阴极电泳底漆+外部粉末喷涂工艺，其柜体通过了CE、UL认证报告，同时获得了机柜表面涂层耐化学腐蚀报告、机柜承重、侧拉和吊装试验报告及抗震试验报告。

屏柜内部安装板采用防腐蚀处理，表面喷涂绝缘漆，安装螺钉、安装导轨均按高海拔地区使用进行选型，柜体内部（前、后门）使用耐候型密封胶，硅橡胶密封条等，可以有效应对高海拔地区高污染环境下的腐蚀情况。

4.4柜内元器件应对措施

柜内元器件设备（包含微型断路器、塑壳断路器、双电源切换装置、检测模块等）的设计和制造工艺均经过特殊处理，包括其电路的工艺设计、塑料的材料构成、接头端子等，这些措施可以使柜内元器件具有耐盐雾、耐腐蚀、耐潮湿等特性，满足其高海拔地区使用的要求。

5、结束语

直流屏通过从前期的设计选型、到设备内部元器件的安装、调试均按照高海拔地区进行优化，可有效地提高光伏电站直流屏可靠性，显著增加光伏电站运营周期内的经济社会效益。

参考文献：

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[2]李蓉，浅谈高海拔地区对电气设备的影响.建筑工程技术与设计，2017年8月上

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