光伏系統接地故障的研究

摘要：文章介紹了光伏系統中接地故障的產生原因，針對其危害性，重點論述了采用平衡電阻法對接地故障的檢測系統。其能實現光伏系統母線對地電壓、母線絕緣電阻、支路絕緣電阻的實時測量，提高系統運行的安全和穩(wěn)定性。

關鍵詞：光伏系統；接地故障；絕緣電阻

中圖分類號：TM464 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）32-0079-02

隨著經濟社會的發(fā)展，傳統的能源日益枯竭，人類對可再生能源的需求越來越大。豐富的太陽能資源是重要的能源，是取之不盡、用之不竭、無污染、廉價、人類能夠自由利用的能源。隨著光伏組件的價格持續(xù)走低以及國家的各種支持政策，光伏項目日益增多，現場越來越多的問題與事故表明接地故障是光伏電站安全與穩(wěn)定的一個

難題。

1 接地故障的原因及其危害

光伏系統布線復雜、支路多、距離長，不可避免地會有齲齒類動物咬破電纜、線纜自然老化或外力等因素而導致線纜絕緣層的破壞，使光伏線纜正極或負極對地間的絕緣電阻值降低至某一規(guī)定值，出現接地故障。

在光伏系統中，通常直流側正負極都是對地絕緣的，在發(fā)生一極接地時由于沒有構成接地電流的通路而不引起任何危害，但是一極接地長期工作是不允許的，因為另外一個地點同時發(fā)生接地時，將可能造成直流電源短路，輸出熔斷器熔斷，開關燒毀，逆變器可能出現故障，嚴重影響機房內其他設備的安全運行。尤其是對于金屬屋面電站，金屬屋面作為一個良好的導體，直流短路后果不堪設想，嚴重時發(fā)生短路電弧，燒穿屋面引起火災。

同時，電纜的絕緣下降還會造成運營維護人員的人身安全問題。另外，由于光伏系統直流輸入、輸出回路多，為方便安全運維，也有必要有效地監(jiān)測和查找出絕緣下降的具體支路，及時處理，使系統安全穩(wěn)定運行。

2 接地故障的檢測

2.1 接地故障檢測原理

如圖1所示，光伏系統主回路正負極分別連接平衡電阻R至地，通過隔離電壓變送器測量R兩端電壓即正負極對地電壓U+和U-。

匯流箱支路、逆變器支路線纜通過高靈敏度的非接觸式直流漏電流傳感器。當支路絕緣情況正常時，流過傳感器的正負電流大小相等、方向相反，其輸出信號為零；當支路有接地時，漏電流傳感器有差流流過，傳感器的輸出不為零。

R+和R-為支路的正負電纜的對地等效絕緣電阻，當絕緣性能降低時，對地等效電阻減小。

圖1 接地故障檢測原理圖

假設逆變器支路正極對地絕緣下降，即R+減小。設此時測得的正極和負極對地電壓分別為U+和U-，則

（1）

正對地電壓偏移額定值UN/2的范圍：

（2）

設正對負額定電壓為UN，通過漏電流傳感器的電流：

（3）

在正極絕緣R+下降的時候，通過合理的電阻R設置，可以得到漏電流傳感器采樣范圍之內的漏電流Il1。

負極接地和正極接地基本一致，在此不再詳述。

2.2 檢測母線對地電壓

采用隔離電壓變送器分別測量正負極母線對地電壓U+和U-，根據經驗值設U1和U2為電壓整定值的上下限。當U+U1時，說明正極絕緣下降；當U+>U1且U-

2.3 檢測母線絕緣電阻

通過檢測母線對地電壓，判斷母線絕緣下降。設正負母線絕緣電阻分別為R+和R-，則根據式（4）可以求出R+、R-和平衡電阻R及正負母線對地電壓U+、U-的關系，根據數據分析絕緣電阻的范圍和母線的絕緣效果。

（4）

2.4 檢測支路絕緣電阻

光伏系統中的任一條匯流箱和逆變器支路，從電源正端流出的電流I+，流經全部支路負載后，返回電流負端的支路電流為I-，當該支路沒有漏電流時，穿過傳感器的電流大小相等、方向相反，I+和I-產生的磁場相抵消，傳感器輸出為零。而當該支路有接地情況時，流經傳感器的正負方向電流大小不等，傳感器輸出一個反應該差值大小和方向的信號，該信號根據母線電壓及平衡電阻值R以及Il的大小，根據式（3）可計算出該支路的接地電阻值如式（5）所示：

（5）

3 結語

在化石能源日益緊張和國家利好政策的大力支持的背景下，光伏發(fā)電發(fā)展日益迅速，對其安全與穩(wěn)定的要求也越來越高。采用平衡電阻檢測光伏系統的接地故障，監(jiān)測裝置與被監(jiān)測的直流系統無任何電氣聯系，光伏系統不加入任何外來電氣量，絕緣可靠。傳感器檢測的是直流差流信號，因此與系統分布電容無關，抗干擾能力強。能實現光伏系統母線對地電壓、母線絕緣電阻、支路絕緣電阻的實時測量，提高了系統運行的安全和穩(wěn)定性。

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作者簡介：肖新元（1985—），男，湖北孝感人，珠海興業(yè)新能源科技有限公司助理工程師，研究方向：電子信息科學技術。