【关键词】低压交流电缆；接地；预装式变电站；接地变压器

引言

实现碳达峰、碳中和是我国立足国内、国际两个大局做出的重大战略决策。自该目标提出以来的5年间，我国可再生能源装机规模不断取得新突破，发电量稳步增长。我国太阳能资源丰富，全国约2/3的地区年总辐照量超过5 000兆焦/平方米，且国土辽阔，具备建设光伏发电站的条件。因地制宜的太阳能利用方式丰富多样，包括传统的牧光互补、农光互补、林光互补、渔光互补等，而当前“风光储制氢氨醇一体化项目”作为综合性能源系统，更是成为行业发展的热点。光伏发电站作为新能源的重要组成部分，其电气设计的主要差异体现在额定容量和发电母线电压上。在进行光伏发电站电气设计时，需依据建设的地理条件和外部环境因素进行具体考量。

一、低压交流电缆选型与敷设

逆变器将光伏组件输出的直流电能逆变为交流电，低压交流电缆作为承载逆变器交流输出的关键设备，其导体材质通常为铜或铝。在光伏发电站中，出于经济性考虑，电缆导体多采用铝合金材质；而在建筑物屋顶光伏发电系统中，电缆导体多选用铜材质。低压交流电缆的绝缘水平需与系统接地型式相匹配，接地型式应与逆变器支持的电网形式一致。以市面上主流的320 kW组串式逆变器为例，其交流侧输出电压为三相800 V，支持的电网接地型式为IT型，即系统侧不接地，仅在设备处接地。在此接地型式下，低压交流电缆的相导体与绝缘屏蔽之间的额定电压需不小于回路工作相电压的173%，即800 V。因此，常规的0.6/1 kV低压电缆无法满足要求，必须选用1.8/3 kV绝缘水平的低压电缆。

由于光伏发电站大多建设于户外，低压电缆会受到环境温度的影响。在年最低气温低于-15℃的环境中，低压电缆的绝缘类型应选择交联聚乙烯，外护层类型则应选择聚乙烯。电缆芯数的选择也与系统接地型式相关，IT接地型式下，低压交流电缆芯数为3芯；TN接地型式下，电缆芯数为3+2芯。低压交流电缆截面的选择需满足载流量要求。敷设方式会对电缆载流量产生影响，因此需进行相应的校正计算。

逆变器至预装式变电站间的低压交流电缆，首先自逆变器向下至土壤表面的一段在空气中敷设；其次该电缆在土壤中直埋敷设；最后，从土壤表面向上进入预装式变电站的一段再次在空气中敷设。依据《电力工程电缆设计标准》附录D，空气中敷设部分的电缆载流量需要乘以环境温度校正系数、空气中单层多根并行敷设校正系数。直埋敷设部分的电缆载流量需要乘以环境温度校正系数、土壤热阻校正系数、土壤中直埋多根并行敷设校正系数。同一根电缆在不同敷设方式下的载流量以多种情况校正后的小值来取值[1]。

为了抵消部分集电线路的电能损耗，通常行业要求逆变器在环境温度30℃及以下时，可以1.1倍额定功率过载运行。过载运行能输送更多的电能，所以选择电缆载流量时要按照逆变器的最大输出电流考虑。根据载流量选择低压交流电缆截面后，还需要对其进行电压降校验。依据《光伏发电站设计规范》第8.9.1条，光伏系统交流电压降落不宜大于3%[2]；在光伏发电系统的交流侧，若配置有升压箱变，可将高压交流电压降低约1%，从而确保低压交流电缆的电压降控制在2%以内，以达到适宜的运行状态。低压电缆敷设方式需要因地制宜，如渔光互补项目采用桥架敷设，农光互补项目采用直埋敷设，直埋敷设的电缆承受较大压力时需要带铠装层。其中农光项目如在山地，土地岩石层较厚难以直埋敷设的，可以采用桥架落地布置敷设，桥架距地面间距不小于0.3 m。低压交流电缆截面选型与敷设方式息息相关，不同的敷设方式对电缆载流量有影响，电缆截面也需要通过电压降要求的校验，设计时可以依据不一样的场景进行合理规划。

二、光伏区接地设计

电力系统、装置或设备的接地分为系统接地、保护接地、雷电保护接地、防静电接地。光伏方阵的接地是保护接地的一种体现，为了电气安全，将光伏场区的装置、设备进行一点或多点接地。其一，依据《光伏发电站设计规范》第8.8.4条，光伏方阵的接地电阻应小于4 Ω；其二，依据《光伏发电站设计规范》第8.2.7条和《光伏发电工程电气设计规范》第4.8.1条，35 kV集电线路系统中性点采用低电阻接地方式，接地电阻的阻值依据《交流电气装置的接地设计规范》第4.2.1条计算[3]。