太阳能发电系统在长输油气管道中的应用王增良

太阳能发电系统在长输油气管道中的应用王增良

王增良

（河北省唐山冀东油田设计工程有限公司063000）

摘要：太阳能发电技术发展至今已日趋完善。其能源来自取之不竭的太阳光照，不仅清洁无污染，而且适合在偏远无市电网络地区为小功率生产、生活提供电力供应。长输油气管道一般建设在远离生产、生活区域，部分地区未建设市电系统。管线沿线需设立不同功能的阀组间，管线阀组间内一般装有电动阀及压力、温度传感器等用电设备。而其电源供应要求独立、连续性，所以首选太阳能发电系统。

关键词：长输油气管道；防爆危险场所；太阳能发电系统；防雷接地

太阳能发电系统可分为独立型光伏发电系统和并网式光伏发电系统。典型的太阳能发电系统基本由太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池（组）、逆变器组成。根据不同地区光照条件及连续阴雨天数确定各个组件的规模型号。其计算方式可参照《太阳能光伏电源系统安装工程设计规范》，也可自网络寻找专业的计算软件，更加精确方便。其计算方式本文不论述。

本文以某油田建设的长输油气管道为例，论述太阳能系统在管道阀室场所中的应用。

1太阳能发电系统参数设置

该管道长度35公里，沿线设置4座油气管道阀室。阀室内安装有电动阀、及仪表通讯设备，用电负荷约100W。根据设备运行要求，负荷参数为24小时运行、蓄电池放电深度60%、备电3天、系统电压DC12V/AC220V。由此计算可得需要太阳能电池板功率1200W，蓄电池总容量1330Ah。

2太阳能发电系统组件选择

根据英利厂家参数资料，太阳能电池板选择6块峰值功率为245Wp的太阳能电池板，电池板电压端并联连接。每块电池板尺寸1650mm×900mm，按照下图排列，面积约9平方米。

蓄电池选择1块1500Ah/12V的固定型阀控密封式铅酸蓄电池，在专用箱体内安装。

3太阳能发电系统安装

油气管道内输送介质为原油、天然气。原油组成成分主要是烷烃、环烷烃、芳香烃和烯烃等多种液态烃，天然气组成成分主要是甲烷。此类成分易燃易爆，在空气环境中达到一定浓度与火花、电弧接触即会发生爆炸。管道阀室内安装有截断阀、紧急关断阀，阀门与管道采用法兰连接。根据GB50058-2014《爆炸危险环境电力装置设计规范》规定：正常运行时不能释放可燃物质的法兰、连接件和管道接头处，当出现释放时，仅是偶尔和短期释放的释放源划分为二级释放源。因此，对于阀室内的法兰连接处认为二级释放源。

根据SY/T6671-2006《石油设施电气设备安装区域一级、0区、1区和2区区域划分推荐作法》规定，类似场所防爆区域划分见下图：

本工程管道设计压力均为4mPa，因此阀室周围防爆分区按照存在气体释放源的建筑划分，即阀室门窗周围7.5m范围内为2区，阀室内为1区。在此范围内安装的电气设备应采用相应防爆等级的设备。本工程在阀室内安装的仪表及电动阀等设备均采用防爆产品，能够满足规范及使用要求，但是为其供电的太阳能系统无防爆形式的产品，因此不能安装在阀室周围7.5m范围内。

本工程将太阳能系统安装于防爆区域之外且其朝向为南。太阳能电池板在金属支架上安装。蓄电池、逆变器在专用柜体内安装，考虑到防盗及防护要求，蓄电池柜体采用了不锈钢材质，并采用防盗锁具。柜体侧方设置通风用的百叶结构，满足蓄电池散热要求。柜体在太阳能电池板下安装，既能减少环境损害，又能节省占地面积。

4太阳能发电系统防雷接地

雷电对太阳能发电系统设备的影响，主要由以下几个方面造成：

直击雷：长输管道阀室均位于野外空旷处，所以雷电很可能直接击中太阳能电池板，造成设备的损坏，无法发电，如果不能及时排除故障，将会严重影响到管道的安全运行。

传导雷：远处的雷电闪击，由于电磁脉冲空间传播的缘故，会在太阳能电池板与控制器或者是逆变器、控制器到直流负载、逆变器到电源分配电盘以及配电盘到交流负载等的供电线路上产生浪涌过电压，损坏电气设备。

地电位反击：在有外部防雷保护的太阳能供电系统中，由于外部防雷装置将雷电引入大地，从而导致地网上产生高电压，高电压通过设备的接地线进入设备，从而损坏控制器、逆变器或者是交、直流负载等设备。

根据GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》规定，雷击次数小于0.05次/a的一般性民用或工业建筑物可不设防雷措施。根据本地区年雷暴日及设备安装参数，计算得太阳能电池板雷击次数为0.005次/a，因此本工程里的太阳能发电系统不设直击雷的防护措施。但是对于雷击电磁脉冲（传导雷）和过电压及过流防护（地电位反击）务必做到安全可靠。

为了减小不同金属物之间的电位差和故障电压危害,太阳能电池板的四周铝合金边框和金属支架,控制器、蓄电池、逆变器的金属外壳,金属管(槽),线缆的金属屏蔽层等采取良好的等电位连接措施；为减少电磁干扰,太阳能发电系统之间的线缆选用有金属屏蔽层的电缆并穿金属管敷设,在防雷区界面处电缆金属屏蔽层及金属管(金属管应两端接地)应做等电位连接并接地；为了防止过电压冲击对太阳能发电系统组件的损坏，在太阳能电池板与控制器之间装设满足Ⅰ级试验要求的浪涌保护器（SPD），其次，在控制器、蓄电池和逆变器之间的线路上安装满足Ⅱ级试验要求的浪涌保护器，使其具有防雷保护功能。浪涌保护器的参数选择和安装要求应符合IEC61643规范的要求。

在太阳能发电系统周围设置满足防雷、电气接地要求的人工接地装置。因工程所在地为沿海滩涂，因此本工程选择了耐腐蚀的铜包钢接地材料。要求其工频接地电阻阻值不得大于4Ω，太阳能发电系统的所有金属支架、接地线、箱柜金属外壳均与接地装置可靠的连接。

5小结

本文针对油气管道阀室供电的太阳能发电系统的组成、参数选择、安装及防雷接地等进行了论述，因其目前价格昂贵、设备易损坏，因此其防护、保护措施应尽量考虑完善。

参考文献

[1]GB50057-2010.建筑物防雷设计规范北京:中国计划出版社2010

[2]梅勇成,陈华晖.独立太阳能光伏发电系统防雷技术探讨.气象科技.2009第6期

[3]吴国楚.独立光伏电站的防雷设计.可再生能源.2010第4期

作者简介：王增良（1983-），男，河北唐山人，民族：汉职称：工程师学历：本科.