淺析某企業(yè)廠區(qū)內光伏電站的運維

袁冠軍 李兵

【摘 要】隨著光伏發(fā)電的迅猛發(fā)展，企業(yè)紛紛建設光伏電站，電站投運后的設備管理、設備運維成為企業(yè)的新的課題。筆者主要通過光伏組件、匯流箱及逆變房、配電房的運維等，淺析該廠區(qū)光伏電站（地面及部分屋面）在平時運維中需要注意的事項，確保光伏系統(tǒng)的運維安全、高效。本文中筆者對廠區(qū)內并網(wǎng)光伏電站中常見故障進行分類、分析和總結，根據(jù)以往的經(jīng)驗提出相應故障的解決方案、方法，為今后電站的運維管理、故障排查及后期新上電站提供參考。

【關鍵詞】光伏電站 設備運維 安全

1 概述

該光伏電站為企業(yè)自建電站，電站堅持并網(wǎng)不上網(wǎng)的原則，光伏系統(tǒng)發(fā)電主要供廠區(qū)內部使用。廠區(qū)的并網(wǎng)光伏電站主要包括：光伏組件、匯流箱、直流柜、逆變器、交流配電裝置、后臺運行監(jiān)控系統(tǒng)等。根據(jù)近三年的運維管理經(jīng)驗，基本上了解一些常見的故障及相應的處理措施，其中組件、匯流箱及逆變器是故障發(fā)生相對頻繁的部分。

雖然該電站在設計初期已考慮到多方面的系統(tǒng)保護方案，出現(xiàn)問題能夠自動切斷故障部分，通過運維人員可以簡單的排除故障。但是隨著光伏電站運行時間的長久，光伏系統(tǒng)陸續(xù)發(fā)生故障；如果光伏電站中的故障不能及時有效的排除，很可能會損壞系統(tǒng)部分電氣元器件，嚴重時會發(fā)生火災等安全事故。

2并網(wǎng)故障分類

并網(wǎng)光伏電站常見故障大致可分為以下幾類：光伏組件故障、匯流箱故障、逆變器故障、逆變房內部故障，下面針對每種故障列舉案例進行詳細講解。

2.1光伏組件故障

2.1.1組件的“熱斑效應”

2014年深秋上午八點鐘左右，下霜，筆者到地面電站正常巡檢，發(fā)現(xiàn)部分電池片表面冒“白氣”，但是同一塊組件上其它的電池片卻沒有發(fā)生此種狀況；運行人員隨即用紅外線熱成像儀全方位拍攝整個組件的溫度分布情況，發(fā)現(xiàn)冒“白氣”的電池片比正常電池片高出20℃左右，另外還有部分組件表面因為有鳥糞、小石塊等，也有類似情況發(fā)生。

通過和組件供應商、組件安裝公司溝通，認為此種現(xiàn)象為“熱斑效應”。導致“熱斑效應”的因素比較多，可能由于出現(xiàn)電池隱裂、內部連接失效、局部被遮光或局部灰塵多等情況，導致一個或一組電池的特性與整體有差異。出現(xiàn)差異的電池不但對組件輸出沒有貢獻，而且會消耗其他電池產(chǎn)生的能量，導致局部過熱。

“熱斑效應”不僅會嚴重影響組件的性能、使用壽命、發(fā)電效率，還有可能引發(fā)燃燒及火災，既影響該企業(yè)電站的發(fā)電量，又影響電站的運行安全，因此有效的判斷“熱斑效應”的發(fā)生及嚴重性是企業(yè)電站長期的工作。

經(jīng)過現(xiàn)場仔細巡檢，發(fā)現(xiàn)組件靠近地面的部位均存在一定程度的“熱斑效應”，這是“熱斑效應”發(fā)生概率較高的部位，原因是：（1）這部分組件最容易被遮擋，被遮擋的時間也最長；（2）灰塵覆蓋最嚴重，有時候清洗的不干凈時，這部分囤積的灰塵也越多。（3）靠近地面，通風較差，散熱不佳。因此發(fā)生熱斑效應的概率較高。

當然引起熱斑效應的原因并不止這些，組件本身的性能差別，是否存在隱裂，是否有損傷等等也會造成熱斑效應。

解決措施：（1）將部分容易被遮擋，且遮擋時間最長的組件移動到不容易被遮擋的地方。（2）定期檢查、清掃組件表面的灰塵

2.1.2組件連接的公母插頭短路、打火

通過近三年對廠區(qū)光伏電站的運維經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，如果組件的公母插頭連接不牢固，下雨時雨水沿著組件連接線進入插頭，導致線路短路，組件接頭發(fā)生打火；一方面公母插頭打火可能導致火災，另一方面由于線路短路，影響光伏系統(tǒng)的發(fā)電量；

解決措施：定期緊固組件連接的公母插頭。

2.1.3組件被女兒墻遮擋

2013年冬天早上8：00，筆者在對屋面光伏電站正常巡檢時發(fā)現(xiàn)，靠近女兒墻的部分電池板被女兒墻遮擋，用紅外線熱成像儀測全方位拍攝整個組件的溫度分布情況，發(fā)現(xiàn)被女兒墻遮擋的組件表面溫度偏高10℃，出現(xiàn)“熱斑效應”。

通過和組件供應商及電站設計人員聯(lián)系，了解該電站在電站設計時及安裝時的疏忽，致使部分電池板冬季找不到陽光，從而造成組件中出現(xiàn)電池性能失配和輸出性能下降。受到遮擋的組件電池因光生電流減小而成為同一串列中其他工作太陽電池的負載，它將承受較大的反向電壓并以發(fā)熱的形式消耗部分功率，即出現(xiàn)“熱斑效應”。

解決措施：將被遮擋的組件移動到地面或者其它遮擋不到的地方，減少組件表面陰影遮擋，組件即可恢復正常工作。

2.1.4檢查固定組件的螺絲是否有松脫

2015年2月初筆者對該企業(yè)汽車車棚的電站巡檢時發(fā)現(xiàn)，固定組件的螺絲松脫，導致組件掉落在空中，組件隨時有掉落的可能，影響汽車車棚人員及車輛安全。

解決措施：定期檢查并緊固已松脫的螺絲；檢查鋼構件支架有沒有銹蝕，如有銹蝕，除銹刷漆。

2.2匯流箱故障

2.2.1直流電纜與各電氣元器件虛接后產(chǎn)生的電弧

故障情況：2014年7月22日早上6點30左右，運行人員準備例行巡檢匯流箱內部的一次保險，在巡檢中發(fā)現(xiàn)，其中一個匯流箱附近有煙霧。

原因分析：當時輻照度約為230W/M2，光伏組件已開始工作；清晨組件溫度及周圍環(huán)境溫度較低，組件電池輸出電壓隨溫度下降而相對升高，在直流高壓下，匯流箱中開關或導線在導通瞬間引發(fā)直流故障電弧，并導致部分元器件損壞。

解決措施：定期檢查緊固各電氣連接部分，確保電氣元器件連接牢固。

2.2.2匯流箱內各支路一次保險個別損壞

故障情況：運行人員定期發(fā)現(xiàn) 同樣功率的逆變器，其中一臺輸出功率相比同型號的其它逆變器輸出功率偏低，檢查逆變房中直流柜及逆變器運行正常，打開匯流箱，一路一路查看各支路保險，發(fā)現(xiàn)部分匯流箱內一次保險有個別損壞。

處理結果：更換相同型號的支路保險后，設備恢復正常運行，逆變器相比同型號的其它逆變器輸出功率大體一致。

原因分析：由于組件公母插頭沒有連接牢固，或組件連接線路短路、導致保險容易損壞。

解決方案：定期檢查并更換已損壞的支路保險。

2.3逆變器故障

2.3.1逆變器不發(fā)電

故障情況：早上9點鐘運行人員做記錄時，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場一500KW的逆變器不發(fā)電，確認逆變器交流側電壓、直流側電壓均正常，但交流、直流電流均為0，現(xiàn)場打開逆變器前后柜門，均沒發(fā)現(xiàn)異常，但發(fā)現(xiàn)逆變器控制面板的系統(tǒng)日期為逆變器出廠日期，系統(tǒng)時間為0：00分，和現(xiàn)場其它逆變器的系統(tǒng)日期和系統(tǒng)時間不一致。

處理結果：重新修改該逆變器的日期、時間后，逆變器正常發(fā)電。

原因分析：

逆變器發(fā)電激活時間（根據(jù)季節(jié)變化及時調整）：夏季早上5：00，春秋季早上6：00，冬季早上7：00

逆變器停止休眠時間（根據(jù)季節(jié)變化及時調整）：夏季晚上8：00，春秋季晚上6：00，冬季晚上17：00

每次停電檢修之后，或者電網(wǎng)閃斷之后，逆變器的日期和時間有部分恢復出廠設置，尤其是時間恢復至0：00分，不在逆變器的發(fā)電時間之內，因此逆變器不發(fā)電。

解決方案：每次停電檢修或者電網(wǎng)閃斷后，及時調整逆變器的日期及時間，確保逆變器正常發(fā)電

2.3.2室外17KW逆變器高溫報警停機

故障情況：2015年7月12日下午2：00左右，運行人員在做運行記錄時，發(fā)現(xiàn)兩臺并排靠近安裝的17KW的逆變器，其中一臺沒有發(fā)電量數(shù)據(jù)，輸出功率為零，交流側電壓和直流側電壓正常。

處理結果：查看逆變器報警記錄，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)內部元器件溫度高導致逆變器保護停機，半小時后重新開啟逆變器，逆變器運行正常，但過一段時間后，該逆變器又保護停機。

原因分析：兩臺壁掛式逆變器并排靠近安裝，其中一臺逆變器排風口正對著報警停機的逆變器的新風口，使得該逆變器柜內溫度越來越高，達到報警停機溫度，逆變器停機

解決方案：將并排靠近安裝的逆變器分開0.5米安裝，后期兩臺逆變器均運行良好。

2.3.3室內100KW逆變器溫度高報警停機

故障情況：運行人員在后臺看逆變器運行數(shù)據(jù)時，發(fā)現(xiàn)其中一臺100KW逆變器沒輸出電流，也沒發(fā)電量，隨即趕到現(xiàn)場，從控制面板中知道，逆變器溫度高報警停機。

處理結果：將逆變器手動停機一段時間后，打開逆變器柜門，測試逆變器內部各電氣元器件，沒發(fā)現(xiàn)異常，隨即查看逆變器新風口及排風口的濾網(wǎng)，發(fā)現(xiàn)濾網(wǎng)被灰塵堵死，空氣不流通。

原因分析：由于沒定期清洗、更換新風網(wǎng)，導致濾網(wǎng)被灰塵堵死，新風到不了逆變器，導致逆變器溫度高報警。

處理結果：清洗該逆變器新風口、排風口濾網(wǎng)，晾干后安裝，逆變器運行正常。

2.4逆變房內部故障

逆變房內部溫度過高、電纜溝有滲水、線路混亂等均為光伏電站配電房中典型的故障情況。

光伏電站的逆變房內溫度一般較高，因此要盡量讓室外逆變房空氣流通順暢，如果溫度超過逆變器的最高耐受溫度，可能導致逆變器停止工作。逆變房電纜溝盡量做防水，如果防水做不好，恰巧此時電纜的絕緣層有損壞，會造成短路故障發(fā)生。

3 結語

本文對并網(wǎng)光伏電站常見故障進行分類總結、分析原因并給出相應的故障解決方案。在今后的運維管理工作中，我們將會持續(xù)加大跟蹤該電站，繼續(xù)對更多的故障案例進行收集、整理、分析和總結，為即將新增的地面電站和后期的日常運行維護提供更全面的參考。

參考文獻：

[1]李鐘實.太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設計施工與維護[D].人民郵電出版社，2010.

[2]李瑞生，周逢權，李燕斌.地面光伏發(fā)電系統(tǒng)及應用[D].中國電力出版社，2011.

作者簡介：袁冠軍（1982—），男，電力主管，晶海洋半導體材料有限公司，現(xiàn)從事工廠配電、發(fā)電工作；李兵（1987—），男，助理工程師，晶海洋半導體材料有限公司。