光伏系统电缆设计选型优化研究

发表时间：2016/9/26   来源：《基层建设》2016年12期   作者：陈龙

[导读] 摘要：光伏系统电缆选型偏差所造成的材料资金浪费或用电安全隐患的问题也常有耳闻，且光伏电站均建在室外，日照时间长、环境温度高、水分迁移现象严重等因素加剧了电缆绝缘老化速度。电缆绝缘老化是一个长期累积效果，不易被察觉，一旦达到临界值将造成严重的用电安全事故，所以，光伏系统电缆合理选择应得到足够重视。本文从电缆选型的一般原则入手，对光伏系统电缆设计选型优化进行了分析，希望能为相关的工作人员提供一定的参考

        特变电工新疆新能源股份有限公司  新疆乌鲁木齐  830000
        摘要：光伏系统电缆选型偏差所造成的材料资金浪费或用电安全隐患的问题也常有耳闻，且光伏电站均建在室外，日照时间长、环境温度高、水分迁移现象严重等因素加剧了电缆绝缘老化速度。电缆绝缘老化是一个长期累积效果，不易被察觉，一旦达到临界值将造成严重的用电安全事故，所以，光伏系统电缆合理选择应得到足够重视。本文从电缆选型的一般原则入手，对光伏系统电缆设计选型优化进行了分析，希望能为相关的工作人员提供一定的参考。
        关键词：光伏系统；电缆设计；选型优化
        1电缆选型的一般原则
        光伏发电的电缆选择首先应遵循电缆选择的一般要求，即按照系统电压等级、电缆导体材料、电缆芯数、绝缘性能、阻燃性能、电缆敷设方式、满足长期工作允许电流、经济电流密度及敷设环境条件因素等进行选型，按照短路动热稳定性、电压损失、机械强度等进行选型校验。同时光伏发电系统又具有常在恶劣环境条件下使用等自身特点，如高温、严寒、紫外线辐射和水分迁移等。按照温升法选择电缆截面时应满足线路工作电流≥电缆载流量，因光伏发电系统为断续工作或短时工作，在计算时应将线路工作电流折算成等效发热电流，按温升选择电缆的截面，或者按工作制校正电线、电缆载流量。按经济电流选择截面时要以初始投资（电缆主材、附件费用及施工费用之和）和经济寿命内导体损耗费用之和最小为依据。根据我国情况，如果能全面推行按经济电流选择电线、电缆截面的方法，将减少35%～42%的线路损耗，经济意义十分重大。
        2电缆的选型要求
        由于光伏电站自身特性，许多设计人员偏向于采用经济电流法选择电缆截面，目前较常用的经济电流法分为经济电流范围选择法和经济电流密度曲线选择法2种。经济电流范围选择法是依据计算公式得出电缆截面下的经济电流范围，再根据线路负荷电流选取合适截面。在电缆的选用，应根据额定电压等级环境温度环境腐蚀情况敷设方法环境的防爆等级环境电磁干扰情况以及信号类别等因素决定当然针对光伏系统电缆的选用还有进一步的标准，最主要的指标还有电缆的鉴定等级.
        2.1环境温度因素
        仪表传输信号为弱电流，一般芯线温升不会超过规定值，所以温度因素对电缆的影响主要是环境温度根据各种电缆的绝缘材料的性质，电缆厂家规定了其长期允许的工作温度核电厂仪用电缆绝缘材料主要有交联聚乙烯和交联聚烯烃两种，交联聚乙烯长期工作温度可达90℃交联聚烯烃长期工作温度也可达90℃这两类材料均能满足核电站安装启动和运行期间环境温度的要求对于补偿电缆，核电站采用聚烯烃双层绝缘材料，同样能满足环境温度要求.
        2.2环境腐蚀的因素
        核电站环境大气中化学腐蚀成分少，反应堆厂房外部主要是含盐空气，反应堆内空气不含盐，特殊情况下，考虑含有化学物质的喷淋液（化学成分包括硼酸和氯化钠）核电厂选用的仪用电缆均能抗此类腐蚀.
        3光伏系统电缆设计选型优化
        3.1光伏组件电缆设计
        光伏发电站中太阳能组件是利用“光伏效应”将光能转换为电能的元器件，因此，每块太阳能组件若要充分接收太阳辐射，需根据建设地点的不同纬度和地理情况进行排布。将排布在约700亩地、单个峰值功率为250WP的太阳能组件20块为1回路通过电缆进行串联，8～16回路的一级并联和6～10回路的二级并联后，接入光伏并网逆变器将电能输送至电网。太阳能组件至光伏汇流箱间的电缆采用沿太阳能组件支架敷设和穿管埋地敷设。电缆敷设环境出现紫外线强、太阳能组件背面温度高、冬季温度极低、雨淋冰冻、风沙大、金属棱角多等恶劣情况，因此必须选用耐候性非常好的电缆。由于目前国内暂无光伏电缆的国家标准或行业标准，国内光伏发电站太阳能组件汇流电缆主要选用满足TüV的2pfg1169/08.2007PV《电缆技术规范》和UL4703-2005《光伏电缆纲要》的电缆，方可实现光伏发电站25年安全运行。
        3.2逆变器电缆设计
        1台500kW逆变器至升压箱变低压侧的电流将近1000A，设计一般会采用2根3mm×240mm或3根3mm×185mm电缆并联使用。1MW有2台逆变器、1台交流配电柜（800mm×600mm×2200mm），多根大截面电缆在狭小空间内安装比较困难，安装中可能出现电缆终端与铜排接触不紧密、电缆密集造成温升过高、电缆终端头数量多导致安全可靠性降低的问题。并网逆变器和升压箱变为不同厂家的定型设备，均采用下进线电缆接线方式，采用铜排连接可能导致设备产生问题。针对上述情况，并网逆变器至升压变压器的导体可采用环氧树脂浇注封闭式母线；或是设计人员在设备订货时，协调设备厂家将其连接方式改为铜排连接，提高施工的便捷性，使运行安全可靠。
        3.3光伏汇流箱电缆设计
        将一个发电单元光伏阵列内的光伏汇流箱接入直流汇流柜完成二级汇流。光伏汇流箱分布位置不同而二级汇流电缆的长度不同，靠近直流汇流柜的距离约为30m，离直流汇流柜最远距离将近200m，可想而知，电能在集电线路上的损耗差距甚大。因为每个光伏汇流箱送出的电压相近，通过集电线路送至直流汇流柜时各路之间出现电压差，在汇流排并联后形成回路间环流，对设备寿命造成影响并降低系统发电量。因此，在选择集电电缆截面时应充分考虑其距离不同产生压降不同的问题，远距离选择大截面电缆，近距离选择小截面电缆，使得光伏汇流箱至直流汇流柜集电线路上的电压降相近。直流集电电缆主要采用直埋敷设方式，在计算载流量及选择绝缘护套时考虑环境温度、土壤热阻率、水分迁移、地下水位、冻土深度、土壤腐蚀性、电缆排布等因素。
        结束语
        总的来说，为了优化光伏系统电缆选型设计方法，提高电缆选型的规范程度，总结了光伏组件电缆设计、光伏汇流箱电缆设计、逆变器电缆设计等电缆选型设计方法，并在此基础上分析温升法和经济电流法在光伏系统电缆选型方面的适用性。提出适用性较广的光伏系统电缆选型设计优化方法，为光伏发电系统的工程设计提供有力的支持。
        参考文献：
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        [5]黄鹏程，王瑛，张悦.光伏专用电缆的设计与应用[J].山西电力，2015，04：23-26.