并網光伏電站常見故障和隱患

文|石斌

光伏并網發(fā)電技術是當今世界光伏發(fā)電的趨勢，近幾年，隨著國家一系列光伏鼓勵政策相繼出臺，國內光伏電站建設步伐逐步加快，越來越多的電站實現(xiàn)了并網。除了前期對光伏電站優(yōu)化設計外，建成后人力所能控制的就是最大限度地減小發(fā)電系統(tǒng)故障帶來的損失，能夠及時排查故障和簡單維護顯得尤為重要。電站運維中存在的主要問題在眾多文獻中均有描述，本文是對發(fā)電系統(tǒng)各設備的故障隱患和故障類型進行了匯總。

并網光伏發(fā)電系統(tǒng)主要設備及其功能

并網光伏電站是指連接成若干陣列的光伏組件，經太陽光照射后輸出直流電力，再通過匯流箱并聯(lián)若干電池組串以提高電流，電流達到逆變器額定電流后，通過并網逆變器將光伏組件輸出的直流電逆變成符合電網需求的交流電，最后經過配電裝置后接入電站升壓變壓器，通過變壓器將電壓升高至符合電網要求的電壓等級后并入電網。

并網光伏電站發(fā)電系統(tǒng)一般由光伏組件陣列、匯流箱、并網逆變器、交直流配電系統(tǒng)、變壓器等設備構成，其基本結構如圖1所示。

圖1 并網光伏發(fā)電系統(tǒng)基本構成

光伏組件。光伏組件是指具有外部封裝及內部連接、能單獨提供直流電輸出的最小不可分割的太陽能電池組合裝置，其作用是將太陽能轉化為電能。目前電站常用的晶硅電池組件為單晶組件和多晶組件。

光伏防雷匯流箱。光伏防雷匯流箱安裝于太陽能電池方陣陣列內，它的主要作用是將太陽能電池組件串的直流電纜，接入后進行匯流，再與并網逆變器或直流防雷配電柜連接。

并網逆變器。光伏并網逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的核心部件，其功能是將光伏方陣產生的直流電（DC）逆變?yōu)槿嗾医涣麟姡ˋC），輸出符合電網要求的電能。目前地面電站用到的主要有組件式逆變器和集中式逆變器兩大類。

交直流配電系統(tǒng)。交直流配電系統(tǒng)主要用于控制站內電能的連通、斷開，分配及交換，保證系統(tǒng)的正常供電，同時還有對線路電能的計量，一般有380V、10KV、35KV等電壓等級。

變壓器。變壓器是利用電磁感應的原理把交流電壓轉換成相同頻率的另一種交流電壓的裝置，主要構件是初級線圈、次級線圈和鐵芯（磁芯）。

光伏發(fā)電系統(tǒng)各設備故障隱患

光伏組件和支架。目前知名企業(yè)的光伏組件都通過了第三方測試機構認證，產品質量比較有保障，但由于支架結構問題或安裝不規(guī)范，會造成組件承載能力減弱。在電站運維中光伏組件或支架出現(xiàn)以下問題時也可能會造成重大故障：組件出現(xiàn)電勢誘導衰減；光伏組件接線盒密封性能下降；組件邊框接地不規(guī)范，支架基礎未進行有效的防腐處理；組件表面存在塵土或其它物質造成的局部遮擋；組件間的連線未留伸縮長度，冬季易拉斷，有風時容易磨損。

光伏防雷匯流箱。電站運行一段時間可能會出現(xiàn)以下問題：匯流箱出現(xiàn)變形、銹蝕、漏水、積灰等現(xiàn)象；匯流箱內各個接線端子出現(xiàn)松動、銹蝕現(xiàn)象；直流匯流箱內的高壓直流熔絲的規(guī)格不符合設計規(guī)定；直流輸出母線的正極對地、負極對地的絕緣電阻小于2兆歐；匯流箱內防雷器出現(xiàn)故障。

并網逆變器。逆變器是進行能量轉換的關鍵設備，其效率指標等電氣性能參數，將直接影響光伏組件的發(fā)電量，出現(xiàn)故障后造成的發(fā)電量損失也較大。逆變器運行時出現(xiàn)較大振動和異常噪聲，或是逆變器中直流母線電容溫度過高或超過使用年限時應引起注意。

交直流配電系統(tǒng)。交直流配電系統(tǒng)的故障隱患主要有：母線接頭應連接不緊密，出現(xiàn)變形，有放電變黑痕跡，絕緣松動，緊固聯(lián)接螺栓生銹；手車、抽出式成套配電柜推拉不靈活，有卡阻碰撞現(xiàn)象；動靜頭與靜觸頭的中心線不一致；檢驗柜、屏、臺、箱、盤間線路的線間和線對地間絕緣電阻值，饋電線路小于0.5兆歐，二次回路小于1兆歐。

變壓器。變壓器出現(xiàn)以下現(xiàn)象時易發(fā)生故障：運行時漏油、油位過高或過低、油溫異常、聲響不正常及冷卻系統(tǒng)不正常；大風天時，引線會有劇烈擺動；大雪天時，各部觸點在落雪后，有立即熔化或放電現(xiàn)象；大霧天時，各部有火花放電現(xiàn)象等。

交直流電纜。電纜應在正常負荷下運行，出現(xiàn)以下現(xiàn)象時應引起注意：電纜的鉛包出現(xiàn)膨脹、龜裂現(xiàn)象；電纜在進出設備處的部位封堵不規(guī)范；電纜保護鋼管口有顯著的凹凸不平，金屬電纜管出現(xiàn)嚴重銹蝕；電纜直角轉彎，且壓在支架上，有絕緣破損，接地風險；設備房內的電纜有滲水與積水現(xiàn)象。

光伏電站常見故障類型

部分支路電流偏低。支路電流偏低通常有三種情況，一是該支路光伏組件出現(xiàn)破損或二極管損壞；二是該支路光伏組件存在被遮擋問題；三是該支路測控模塊通訊異常導致顯示錯誤。

部分支路電流為零。支路電流為零在監(jiān)控中較為常見，故障原因通常有以下四種情況，一是該支路光伏組件出現(xiàn)接線頭燒毀或開路；二是該支路光伏組件有二極管燒毀；三是該支路正、負極保險燒毀；四是該支路測控模塊通訊異常導致顯示錯誤。

部分支路電流持續(xù)一段時間不變化或者跳變。支路電流長時間不變化或者跳變通常有兩種可能，一是通訊故障；二是該支路測控模塊的地址、波特率等參數設置錯誤所致；

匯流箱所有支路電流為零。出現(xiàn)匯流箱所有支路電流均為零現(xiàn)象，首先應確認是否是由于通訊故障引起，若通訊正常，再進一步排查匯流箱是否燒毀、防雷模塊是否損壞、測控模塊供電電源是否出現(xiàn)故障、是否由于斷路器機械磨損導致跳閘等原因。

逆變器數據為零。出現(xiàn)匯流箱數據為零故障，可依次通訊是否出現(xiàn)故障、熔斷器熔絲是否失效、是否出現(xiàn)直流過壓保護、是否由于組件連接線接地造成斷路器跳閘等原因。

逆變器屏幕沒有顯示。逆變器屏幕沒有顯示，首先應確認線路連接是否正常，如組件串間是否接觸良好、輸入端子是否接反、直流開關是否合上、組件是否存在短路現(xiàn)象；若以上均無問題，查看是否是由于組件電壓不夠，組件電壓和太陽輻照度有關，低于100V時，逆變器不工作。

光伏電站的運行故障分析是光伏電站運維管理必不可少的工作，是優(yōu)化電站設計、提高太陽能利用率的有效途徑，對并網光伏電站的高效穩(wěn)定運行，長期發(fā)揮效益具有重要作用。本文首先介紹了光伏發(fā)電系統(tǒng)主要設備，然后結合日常運維工作，著重從故障隱患和故障類型兩方面進行了闡述，希望對電站運維人員有所幫助。