地面光伏電站組串接地故障的快速判定方法

華能浙江清潔能源分公司 ■ 劉恒 鄭建飛 洪道文 李陽春

0 引言

某已投運(yùn)的地面光伏電站的規(guī)模為30 MWp，有集散式逆變器26 臺，光伏控制器335臺，光伏組串5142個(gè)，每一組串有22塊光伏組件；組件的開路電壓為38 V，工作電壓為30.9 V。該電站投運(yùn)后，電站發(fā)生故障200余次，其中，組串接地故障占50%，主要原因是電站所處區(qū)域地質(zhì)條件差，基建期間雨水較多，造成直埋電纜或組件連接線的絕緣性下降。組串接地故障會造成逆變器停運(yùn)，嚴(yán)重影響電站發(fā)電量及設(shè)備安全性，所以，研究快速、簡單判定組串接地故障的方法很有必要。

1 造成組串接地故障的原因

造成地面光伏電站組串接地故障的原因一般有3 種：

1) 組串中某塊組件的連接線因絕緣層損壞而與支架連通；

2) 組串中某塊組件的連接專用插頭(MC4)密封差，進(jìn)雨水后與支架連通；

3)組串至光伏控制器的直埋電纜的絕緣層損壞。

2 組串接地故障發(fā)生時(shí)的現(xiàn)象

一旦發(fā)生組串接地故障，光伏控制器立刻發(fā)出故障報(bào)警，停止運(yùn)行；同時(shí)，逆變器停止工作，逆變器直流配電柜中的直流斷路器跳閘。

3 組串接地故障的判定方法

3.1 判定故障光伏控制器

在輻照度為1000 W/m2、環(huán)境溫度為25 ℃的條件下，用萬用表分別對已停運(yùn)的逆變器直流配電柜內(nèi)各光伏控制器正、負(fù)極進(jìn)線端的對地電壓進(jìn)行測量。正常情況下，正、負(fù)極進(jìn)線端對地電壓絕對值應(yīng)在300～380 V 之間，并且測量過程中對地電壓會逐漸下降。

如果某個(gè)光伏控制器正、負(fù)極進(jìn)線端對地電壓不平衡，一端為0 V或接近0 V，而另一端超過600 V，且在測量過程中電壓維持不變，則可以判定該光伏控制器出現(xiàn)接地故障。

3.2 判定故障組串

斷開故障光伏控制器的輸出總斷路器，在輸入端分別測量各組串正、負(fù)極進(jìn)線端的對地電壓，采用本文3.1 所述的判定方法，可以判定故障光伏控制器中有一個(gè)組串或多個(gè)組串存在電纜接地故障的可能。

3.3 確認(rèn)故障組串

斷開各組串接入光伏控制器的輸入開關(guān)，分別測量其正、負(fù)極進(jìn)線端的對地電壓，采用本文3.1所述的判定方法，可以確認(rèn)存在接地故障的組串。

3.4 判定故障原因

如圖1 所示，以正極接地故障為例，在測量故障組串正、負(fù)極進(jìn)線端的對地電壓時(shí)，正極電壓為0 V 或接近0 V，負(fù)極電壓絕對值為700 V及以上。

圖2 為正極接地故障等效電路圖，可以測得A 點(diǎn)對地電壓為0 V，B 點(diǎn)對地電壓絕對值為700 V 及以上，可快速有效地判定此為正極接地故障，此故障大多數(shù)由組串到光伏控制器的電纜破損所致。反之亦然。

圖1 正極接地示意圖

圖2 正極接地故障等效電路圖

如圖3所示，以第3塊組件接地故障為例，測量正、負(fù)極進(jìn)線端的對地電壓，對地電壓絕對值都大于0 V，則可以判定此接地故障為該組件連接線與支架連通或組件連接專用插頭(MC4插頭) 與支架連通所致。

圖4為中間接地故障等效電路圖，故障組串有22個(gè)組件，假如測得A點(diǎn)對地電壓絕對值為96 V，B 點(diǎn)對地電壓絕對值為596 V，由96/[(96+596)/22]≈3可基本能夠判定接地故障點(diǎn)在第3 塊組件附近。

圖3 負(fù)極接地示意圖

圖4 中間接地故障等效電路圖

4 組串接地故障的處理措施

不同原因造成的組串接地故障的處理措施有：

1) 對于直埋電纜接地故障，由于很難找到絕緣層損壞處，故應(yīng)直接更換電纜。

2) 對于組件連接線和支架接地故障，一般是進(jìn)行絕緣包扎處理或更換電纜。

3) 對于組件連接專用插頭接地故障，應(yīng)更換專用插頭。

5 結(jié)論

通過采用對逆變器直流配電柜內(nèi)各光伏控制器正、負(fù)極進(jìn)線端的對地電壓進(jìn)行測量的方法，可以快速判定光伏組串接地故障的原因和故障點(diǎn)位置，進(jìn)而迅速處理故障，消除故障點(diǎn)，恢復(fù)故障光伏組串的運(yùn)行，減少對地面光伏電站發(fā)電量及設(shè)備安全性的影響。