光伏直流SPD常見問題及注意事項(xiàng)簡(jiǎn)析

任 恒,劉國(guó)臻,龔家軍,周 華,呂蓓蓓,郭金良,陽(yáng)振宇

(1.十堰市氣象局，湖北十堰 442000；2．國(guó)網(wǎng)湖北十堰供電公司，湖北十堰 442000)

光伏發(fā)電站通常建設(shè)在空曠、日照充足、地勢(shì)較高的地區(qū)，通常這種地區(qū)也是雷電的高發(fā)區(qū)，因此，光伏發(fā)電站的防雷顯得尤為重要。光伏直流SPD是太陽(yáng)能光伏設(shè)備防雷保護(hù)的主要裝置之一。對(duì)于光伏直流SPD一些專家也做出了相應(yīng)的研究。王逢士，周岐斌[1]根據(jù)有關(guān)論標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,對(duì)光伏SPD進(jìn)行了過載特性試驗(yàn)，分析了試驗(yàn)現(xiàn)象和試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)光伏直流SPD的研究開發(fā)給出了指導(dǎo)性意見。李斌，竇俊杰[3]對(duì)我國(guó)首部新能源光伏系統(tǒng)電涌保護(hù)器的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18802.31—2016《低壓電涌保護(hù)器特殊應(yīng)用(含直流)的電涌保護(hù)器第31部分:用于光伏系統(tǒng)的電涌保護(hù)器(SPD)性能要求試驗(yàn)方法》進(jìn)行了解讀。

隨著我國(guó)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，直流SPD產(chǎn)品的市場(chǎng)需求也不斷擴(kuò)大，但在產(chǎn)品的研究和測(cè)試方法技術(shù)上都相對(duì)滯后，部分生產(chǎn)商直接將交流SPD生產(chǎn)技術(shù)做一些簡(jiǎn)單調(diào)整后用于生產(chǎn)直流SPD，致使產(chǎn)品存在一定程度的缺陷。以檢測(cè)工作中所遇到的此類光伏直流SPD為例，簡(jiǎn)要分析其存在問題和檢測(cè)時(shí)的注意事項(xiàng)，并給出一些建議和意見。

1 光伏直流SPD簡(jiǎn)介

對(duì)于太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)設(shè)備，由于遭受雷電流沖擊或上游電源系統(tǒng)開關(guān)操作而引起感性或容性的耦合電壓，因此產(chǎn)生的電涌可能會(huì)損壞光伏發(fā)電模塊和逆變器等裝置，將給光伏系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)造成嚴(yán)重后果，光伏直流SPD是專門為此而研制的一種電涌保護(hù)裝置，對(duì)感應(yīng)雷和直擊雷影響或其他瞬時(shí)過電壓的電涌進(jìn)行保護(hù)，最高工作電壓可達(dá)1 200 V。其裝有耐高壓的直流熔斷器和斷路器共兩級(jí)安全保護(hù)裝置，正極負(fù)極都具備雙重防雷功能，可同時(shí)接入多路太陽(yáng)能光伏陣列，具有安裝維護(hù)簡(jiǎn)單、方便，使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。

1.1 光伏直流SPD的原理

光伏直流SPD的作用是限制瞬態(tài)過電壓和分泄電涌電流，它采用一種非線性特性極好的壓敏電阻元件，在正常情況下，SPD處于極高的電阻狀態(tài)，漏流幾乎為零，從而保證電源系統(tǒng)正常供電。當(dāng)電源系統(tǒng)出現(xiàn)電涌過壓時(shí)，SPD立即在納秒級(jí)時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通，將過電壓的幅值限制在設(shè)備的安全工作范圍內(nèi)，同時(shí)將電涌能量泄放入大地，隨后SPD又迅速變?yōu)楦咦锠顟B(tài)，從而不影響正常供電。

1.2 光伏直流SPD的分類

1.2.1 普通型 額定短路電流一般為300 A，內(nèi)部脫離器脫離時(shí)產(chǎn)生的電弧不會(huì)造成設(shè)備的安全危險(xiǎn)。

1.2.2 帶直流滅弧技術(shù)型 額定短路電流可以達(dá)到1 000 A，內(nèi)部脫離器脫離時(shí)產(chǎn)生的電弧會(huì)造成設(shè)備的安全危險(xiǎn)，要求有直流滅弧裝置，行業(yè)內(nèi)有電子式滅弧、機(jī)械式滅弧等方式，電子式滅弧以SCI技術(shù)為代表性，機(jī)械式滅弧比SCI技術(shù)少了開關(guān)切換過程，降低了故障率，確保滅弧的成功率。

1.2.3 免后備熔絲型 SPD在使用時(shí)需要安裝過電流裝置(熔斷器、斷路器等)，其作用是當(dāng)SPD不能切斷工頻短路電流時(shí)，可以避免SPD過熱和損壞。但在實(shí)際工程使用中配置多大的后備保護(hù)裝置一直存在疑義，矛盾較多，配置的后備熔絲往往無法耐受SPD正常工作時(shí)流過的電涌電流，針對(duì)這種情況，在原有的防雷性能基礎(chǔ)上將后備熔絲做到SPD模塊內(nèi)部，將后備熔絲與SPD的功能進(jìn)行整合。

2 光伏直流SPD常見問題及注意事項(xiàng)

目前直流SPD的檢測(cè)，主要包括查看常規(guī)外觀脫扣裝置以及對(duì)SPD的啟動(dòng)電壓和漏電流的靜態(tài)參數(shù)檢測(cè)，并根據(jù)規(guī)范規(guī)定的參考值，對(duì)SPD的實(shí)際性能作出較為準(zhǔn)確的評(píng)估。在對(duì)十堰某光伏電站的防雷設(shè)施進(jìn)行檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn),該電站光伏匯流箱內(nèi)均安裝有一臺(tái)直流SPD，廠家提供的這款QD-F/2DC40普通型直流SPD電路圖如圖1所示，在SPD模塊外觀上標(biāo)識(shí)為：Uc:～1 000 Vdc，In:20 kA(8/20 us)，Imax:40 kA(8/20us)，Up:≤2.0 kV。

圖1 廠家提供的光伏直流SPD電路圖

2.1 常見問題

2.1.1 接地端口 結(jié)合圖1并從該款光伏直流SPD的外觀可以看出，這款直流SPD共有三個(gè)接地標(biāo)識(shí)和接地端口，如果安裝人員將地線接在下方任意一個(gè)端口上，就會(huì)造成L相或N相都沒有和PE相的壓敏電阻串聯(lián)，從而達(dá)不到設(shè)計(jì)啟動(dòng)電壓標(biāo)準(zhǔn)，造成模塊頻繁啟動(dòng)，降低使用壽命。在安裝此類光伏直流SPD時(shí)應(yīng)注意，安裝前應(yīng)使用萬(wàn)用表檢查下部?jī)蓚€(gè)接地端口是否和PE相導(dǎo)通或等電位，若不導(dǎo)通,說明該SPD無法保護(hù)光伏設(shè)備,應(yīng)停止安裝，以免造成不必要的損失；若導(dǎo)通，應(yīng)將地線連接在PE相接地端口上，使L相或N相模塊內(nèi)的壓敏電阻和PE相內(nèi)的壓敏電阻串聯(lián)，從而達(dá)到設(shè)計(jì)要求的啟動(dòng)電壓值。所以在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)時(shí)，光伏直流SPD下部的兩個(gè)接地端子不應(yīng)開孔，若已開孔應(yīng)不標(biāo)識(shí)或蓋住端口孔。

由于光伏直流SPD采用的是L相和N相都和PE相串聯(lián)的方式來保護(hù)線路，在實(shí)際運(yùn)行和工作中有可能L和N兩相同時(shí)遭受雷擊電涌或上游電涌的沖擊，那么，此時(shí)PE相所受到的電涌沖擊為L(zhǎng)相或N相的二倍，長(zhǎng)期以往會(huì)加速PE相壓敏電阻的劣化和產(chǎn)品的脫扣。因此，建議PE相內(nèi)的壓敏電阻的最大通流值應(yīng)為其他兩相最大通流值的二倍，以減緩PE相劣化速度，延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命。

2.1.2 外觀標(biāo)識(shí) 由于光伏直流SPD都安裝在逆變器前端的直流電路上，所以最大工作電壓不應(yīng)用Uc來標(biāo)識(shí)，應(yīng)替換為最高連續(xù)電壓Ucpv標(biāo)識(shí)，并且不應(yīng)用交流符號(hào) “～”，應(yīng)改為直流符號(hào)“—”。

2.2 注意事項(xiàng)

從外觀上看，該直流SPD兩塊壓敏電阻模塊是相互獨(dú)立的。單片壓敏電阻無法通1 000 V的直流耐壓測(cè)試，所以在直流SPD內(nèi)部,實(shí)際上是將L相或N相模塊內(nèi)的壓敏電阻和PE相內(nèi)的壓敏電阻串聯(lián)，采用的都是兩片壓敏電阻串聯(lián)保護(hù)模式。因此在實(shí)際檢測(cè)工作中，應(yīng)將L相和PE相(或N相和PE相)當(dāng)成一組模塊，對(duì)此類光伏直流SPD的啟動(dòng)電壓和漏電流進(jìn)行測(cè)試 (如圖2)。

圖2 光伏直流SPD啟動(dòng)電壓和漏電流測(cè)試示意圖

3 結(jié)語(yǔ)

在光伏電站的雷電防護(hù)裝置檢測(cè)工作中，除了應(yīng)注意文中提高的一些問題外,還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①在檢測(cè)過程中，嚴(yán)禁斷開電流線，并且在電流極處要有專人看護(hù)；②在檢測(cè)過程中，應(yīng)落實(shí)好安全防護(hù)措施，安排場(chǎng)站專門人員陪同，在晴好天氣進(jìn)行檢測(cè)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王逢士，周岐斌. 用于光伏系統(tǒng)直流側(cè)SPD的過載特性試驗(yàn)與分析[C]// 中國(guó)氣象學(xué)會(huì).第31屆中國(guó)氣象學(xué)會(huì)年會(huì)論文集.2014:1159-1165.

[2] 李斌，竇俊杰.光伏系統(tǒng)電涌保護(hù)器新國(guó)標(biāo)的解讀[J].電器工業(yè) ，2016(8)：70-73.