淺析光伏電站線路故障原因及處理方法

郭光耀

（山西省工業(yè)設(shè)備安裝有限公司 山西太原 030013）

1 光伏電站線路故障概述

光伏電站與火力發(fā)電廠相比，發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但是集電線路相比火力發(fā)電廠來(lái)說(shuō)存在點(diǎn)多、線長(zhǎng)、面廣的特點(diǎn)，同時(shí)光伏發(fā)電的電能質(zhì)量雜波較多，功率波動(dòng)頻繁。因此光伏電站在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)短路、斷路、接地這三種典型線路故障的概率較高，同時(shí)三種故障以因果關(guān)系經(jīng)常相伴發(fā)生，產(chǎn)生不同的繼發(fā)故障；不同故障結(jié)果的起因有可能單一因素，也有可能是多種因素交織在一起相互影響。這會(huì)對(duì)光伏電站故障發(fā)生原因的分析和判斷造成干擾，甚至誤判。因此，及時(shí)找出故障發(fā)生點(diǎn)，并準(zhǔn)確判斷出故障發(fā)生的真正誘因，從而加以消除并不是一件容易的事，本人以自己從事的光伏電站運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，總結(jié)光伏電站引發(fā)線路故障的因素有：①線纜長(zhǎng)期運(yùn)行，絕緣自然老化；②配電裝置本身設(shè)計(jì)不合理、安裝和運(yùn)行維護(hù)不良；③安裝質(zhì)量或者線纜采購(gòu)質(zhì)量不合格，絕緣強(qiáng)度不夠而被工作電壓擊穿；④設(shè)備絕緣正常而被過(guò)電壓（包括雷電過(guò)電壓）擊穿；⑤設(shè)備絕緣受到外力損傷；⑥工作人員由于未遵守安全操作規(guī)程而發(fā)生誤操作；⑦電力線路發(fā)生斷線或倒桿事故；⑧大風(fēng)或者樹(shù)枝導(dǎo)致架空線路相間距離不足發(fā)生短路；⑨鳥(niǎo)獸跨越在裸露的相線之間或相線與接地物體之間，或者咬壞設(shè)備導(dǎo)線的絕緣等。下面以光伏發(fā)電站為對(duì)象，對(duì)光伏電站線路故障原因分析和處理方法進(jìn)行總結(jié)提練。

2 光伏電站線路故障原因分析及處理

我公司營(yíng)運(yùn)的某屋頂分布式光伏電站裝機(jī)容量為20MW，光伏組件所發(fā)直流電匯入箱逆變一體機(jī)，逆變、就地升壓至35kV后通過(guò)兩條集電線路接入電站開(kāi)關(guān)站35kV母線。開(kāi)關(guān)站另外配置消弧線圈接地變壓器和SVG補(bǔ)償變壓器。電站為中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，主接線圖如圖1所示。

圖1 電站主接線圖

2017年6月28日電站建成并網(wǎng)時(shí)，因電站接入系統(tǒng)正式間隔未同期建成，電站使用臨時(shí)T接并入電網(wǎng)。并網(wǎng)線路由電纜和架空線組成。電纜全長(zhǎng)1.2km，中間設(shè)置電纜中間接頭。故電站側(cè)光纖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)至2018年2月2日電站正式間隔建成投入使用后方投入運(yùn)行。

2017年8月14日16點(diǎn)零6分光伏電站主控室控制主機(jī)上出現(xiàn)站內(nèi)接地變和SVG補(bǔ)償裝置有瞬時(shí)零序過(guò)電流報(bào)警，16點(diǎn)零7分從控制主機(jī)上母線C相電壓瞬時(shí)陡降為0，母線A、B相電壓由22.2kV升高至35kV，之后值班人員接國(guó)網(wǎng)調(diào)度指令斷開(kāi)312、313集電線路開(kāi)關(guān)，此時(shí)控制室消防控制柜顯示高壓配電倉(cāng)煙感探頭報(bào)警。

故障發(fā)生后，對(duì)站內(nèi)集電線路和站外送出線路進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)送出線路電纜檢查井內(nèi)C相電纜中間接頭擊穿，對(duì)站內(nèi)配電裝置進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)312、313集電線路控制柜內(nèi)HY5WZ-51/134型號(hào)避雷保護(hù)器A-B-C三相座均擊穿，314接地變控制柜315SVG無(wú)功補(bǔ)償控制柜、以及PT控制柜避雷保護(hù)器均承受過(guò)2～3次過(guò)電壓沖擊。集合主控室故障數(shù)據(jù)記錄、錄波器故障錄波記錄以及配電裝置自身故障記錄的相關(guān)數(shù)據(jù)，判斷站內(nèi)接地變和SVG補(bǔ)償裝置瞬時(shí)零序過(guò)電流報(bào)警以及母線C相失壓、A、B相電壓瞬時(shí)升高的直接原因?yàn)樗统鼍€路電纜井內(nèi)C相電纜中間接頭擊穿而對(duì)地短路；高壓配電倉(cāng)煙感探頭報(bào)警的直接原因?yàn)榧娋€路控制柜內(nèi)避雷保護(hù)器A-B-C三相擊穿產(chǎn)生的煙霧。從而確定電纜井內(nèi)C相電纜中間接頭擊穿為首次故障，控制柜內(nèi)避雷保護(hù)器擊穿為至繼發(fā)故障。

通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工等各個(gè)環(huán)節(jié)的調(diào)查結(jié)果進(jìn)行分析后我們認(rèn)為造成C相電纜中間接頭擊穿的原因?yàn)槭┕べ|(zhì)量不合格，短期運(yùn)行后絕緣能力下降而擊穿；避雷器損壞的原因可能是抗沖擊能力差，故障運(yùn)行線路時(shí)，引起弧光過(guò)電壓使閥片劣化損壞，亦可能是線路發(fā)生斷線、接地故障引起諧振，諧振電壓幅值超過(guò)避雷器工作能力，從而導(dǎo)致其損壞，而避雷器抗沖擊能力差，主要是閥片在制造過(guò)程中，各工藝質(zhì)量控制點(diǎn)控制不嚴(yán)導(dǎo)致閥片的耐受沖擊電壓能力不強(qiáng)造成的，因此也不排除避雷器自身存在制造質(zhì)量問(wèn)題。

故障原因找到后，我們將損壞的電纜中間接頭進(jìn)行更換，并將所有高壓柜內(nèi)HY5WZ-51/134型號(hào)避雷器更換為型號(hào)TBP-B-42/280的三相組合式過(guò)電壓保護(hù)器，下表是兩者的性能比較，通過(guò)比較，我們明顯能發(fā)現(xiàn)后者的功能更全面，更適用于有可能出現(xiàn)操作過(guò)電壓的情況，使得高壓柜保護(hù)功能更加完善。

2017年8月24日12點(diǎn)33分光伏電站出現(xiàn)站內(nèi)接地變零序過(guò)電壓告警，同時(shí)母線A相失壓報(bào)警，5min后集電線路控制柜312間隔C相過(guò)流保護(hù)動(dòng)作，同時(shí)312開(kāi)關(guān)自動(dòng)跳閘。故障發(fā)生后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查確認(rèn)，母線A相失壓報(bào)警直接原因?yàn)樗统鼍€路電纜井內(nèi)A相電纜中間接頭擊穿對(duì)地短路，集電線路控制柜312開(kāi)關(guān)過(guò)流自動(dòng)跳閘直接原因?yàn)榧?線13#箱逆變一體機(jī)高壓側(cè)C相電纜頭擊穿對(duì)地短路，導(dǎo)致過(guò)流保護(hù)動(dòng)作開(kāi)關(guān)跳閘。從而確定送出線路A相對(duì)地短路為首次故障，集電1線C相對(duì)地短路為繼發(fā)故障。

通過(guò)分析我們判斷送出線路電纜井內(nèi)A相電纜中間接頭擊穿的原因是施工質(zhì)量不合格或者是電纜中間接頭產(chǎn)品質(zhì)量不合格，短期運(yùn)行后絕緣能力下降而擊穿；而電站內(nèi)集電1線13#箱逆變高壓側(cè)C相電纜終端接頭在故障情況下運(yùn)行5min左右出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象，我們不排除前面故障發(fā)生時(shí)，故障高壓對(duì)電纜及高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備有沖擊，可能損壞絕緣，為此次繼發(fā)故障埋下隱患，但究其根本原因，還是電纜頭本身質(zhì)量或安裝質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題。因?yàn)橹行渣c(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于三相線電壓不發(fā)生改變，三相用電設(shè)備能正常工作，電力系統(tǒng)規(guī)定，單相接地故障后可運(yùn)行2h（單相接地，非故障相對(duì)地電位升高為線電壓，容易引起絕緣損壞，從而引起兩相或三相短路，造成更大事故，所以不可以長(zhǎng)期運(yùn)行）。故障原因找到后，將損壞的電纜接頭進(jìn)行更換后恢復(fù)送電。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)光伏電廠多次線路故障的處理，結(jié)合本人多年從事光伏電廠建設(shè)、調(diào)試的經(jīng)驗(yàn)證明，光伏電廠因其發(fā)電側(cè)集電線路較長(zhǎng)，線路故障易發(fā)，且故障類(lèi)型以線路接地短路為主，引發(fā)線路接地故障的原因往往是多重的，而不同原因引發(fā)的故障告警信息也有相似之處；同時(shí)還要甄別是線路線路接地故障是真的接地短路告警，還是惡劣天氣時(shí)電網(wǎng)線路瞬時(shí)失壓出現(xiàn)的假接地短路告警，因此光伏電站線路故障實(shí)際診斷常常是很復(fù)雜的。要及時(shí)準(zhǔn)確找出引發(fā)故障的真實(shí)原因，不僅要對(duì)控制室后臺(tái)數(shù)據(jù)、電站故障錄波記錄、裝置自身告警記錄以及設(shè)計(jì)資料、竣工資料、裝置說(shuō)明書(shū)等進(jìn)行綜合分析，同時(shí)還應(yīng)通過(guò)工程實(shí)體現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量、并結(jié)合電站運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行對(duì)比判斷。并按照操作規(guī)程有步驟的收集匯總各項(xiàng)數(shù)據(jù)，對(duì)裝置、線路進(jìn)行細(xì)致的檢測(cè)試驗(yàn)，逐一排除引發(fā)故障的可能因素，不斷縮小甄別范圍，以便得到正確的結(jié)論，徹底消除故障原因。

光伏電站每次故障發(fā)生時(shí)，不僅會(huì)造成電站的直接經(jīng)濟(jì)損失，甚至引發(fā)傷亡事故；也會(huì)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行造成沖擊，甚至可能引發(fā)電網(wǎng)局部停電，造成不好的社會(huì)影響。為此，在電站建設(shè)過(guò)程中，EPC總承包單位的質(zhì)量管理是重中之重，設(shè)計(jì)優(yōu)化、圖紙會(huì)審、物資采購(gòu)、規(guī)范施工、工程驗(yàn)收等任何一個(gè)環(huán)節(jié)的管理缺失，都會(huì)對(duì)電站的建設(shè)質(zhì)量埋下隱患；此外監(jiān)理單位的監(jiān)理質(zhì)量、設(shè)備的設(shè)計(jì)制造質(zhì)量對(duì)電站的建設(shè)一樣影響很大。電站建成后運(yùn)行人員的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和業(yè)務(wù)能力，以及系統(tǒng)全面的運(yùn)維制度對(duì)于電站的穩(wěn)定運(yùn)行，故障的快速識(shí)別影響更大。因此光伏電站在甄別故障原因、消除故障隱患的同時(shí)，最重要的是吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，不僅要強(qiáng)化對(duì)主控室后臺(tái)告警信息的收集，而且應(yīng)該定期對(duì)電站裝置故障燈是否亮起，查閱裝置自身記錄的異常信息、告警信息，還應(yīng)定期檢查裝置自身各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置、監(jiān)測(cè)信息等是否出現(xiàn)異常。提前發(fā)現(xiàn)并處理裝置及線路故障，避免停電故障出現(xiàn)。