光伏組件接線盒致火故障分析與痕跡鑒定方法

摘要：光伏組件接線盒是光伏系統(tǒng)的重要組成部件，其可靠性直接關系光伏系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。介紹了光伏組件接線盒的功能、結構，分析總結了光伏組件接線盒的火災危險性及主要致火故障；通過案例介紹了光伏組件接線盒起火的痕跡鑒定方法，分析體視特征和金相特征與光伏組件接線盒故障的關聯(lián)性，旨在為光伏火災調查工作提供技術支撐。

關鍵詞：光伏組件；接線盒；致火故障；痕跡鑒定；火災調查

中圖分類號：D631.6" " " 文獻標識碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2025）07-0001-03

0 引言

光伏發(fā)電具有清潔、環(huán)保的特點，逐漸成為當前主要的發(fā)電形式之一[1]。隨著光伏電站的大量建設、投產運營，光伏電站的安全隱患問題也日益凸顯。在整個光伏發(fā)電系統(tǒng)中，接線盒作為光伏組件的重要組成部件，主要作用是將光伏組件產生的電力與外部線路連接，傳導產生的電流[2]，其質量的可靠性，直接關乎光伏組件發(fā)電的穩(wěn)定性與連續(xù)性。接線盒二極管擊穿、二極管的短路或失效、組件正負極引出線虛接、接線盒開裂等問題，都可能引起接線盒異常發(fā)熱，進而產生火災風險[3]。因此，分析光伏組件接線盒的結構、致火故障、火災危險性，應用痕跡鑒定方法，對產品設計、安裝、運行維護，保障消防安全以及支撐火災調查工作具有重要意義。

1 光伏組件接線盒概述

光伏組件接線盒具有連接、保護兩大作用。連接作用是通過匯流條和導線，將光伏組件產生的電流引出并導入到外部輸電系統(tǒng)或用電設備中。保護作用包含兩部分：一是通過旁路二極管保護光伏組件以及提高光伏組件在遮擋等故障條件下的功率輸出；二是通過密封、散熱設計，達到防水防火、降低接線盒工作溫度的目的，從而起到保護光伏組件的作用[4]。

近年來，隨著光伏組件產品性能不斷提升，市場對接線盒產品的電流承載能力、散熱能力、系統(tǒng)穩(wěn)定性等要求也越來越高，接線盒產品也經歷了多次更新迭代。接線盒可分為密封圈接線盒、灌膠貼片接線盒、單體接線盒、分體式接線盒等[5]。分體式接線盒，由盒蓋、盒體、金屬載流件、二極管、連接器5大部分組成。

2 光伏組件接線盒致火故障

當接線盒產生故障時，一方面，產生的熱量累積可直接引燃接線盒；另一方面，由于接線盒在帶電工作條件下，二極管擊穿、高溫等因素可使絕緣失效，進而產生高溫直流電弧，引燃接線盒。光伏組件中的封裝材料、背板多為可燃材料，接線盒起火易引燃光伏組件，使火災蔓延。常見分體式光伏接線盒的致火故障有3類。

2.1" 接觸不良

組件焊接工藝質量差（虛焊）、組件運行損耗等原因可造成接線盒內二極管引腳與銅導體連接處、匯流條與銅導體連接處接觸不良[6]。組件在長時間工作條件下，連接處電阻過大，持續(xù)發(fā)熱，并可產生微小電弧，熱量累積導致溫度升高，使材料受熱變形、絕緣失效。

2.2" 熱斑效應

當光伏組件長期處于陰影遮擋、隱裂、局部熱斑等條件下，旁路二極管長時間處于導通工作狀態(tài)，導致二極管結區(qū)溫度升高、熱量累積[7]，引起二極管熱擊穿失效。

2.3" 雷擊過電壓

光伏組件遭遇雷擊時，過電壓會導致二極管擊穿失效，天晴后，電流長時間流過失效二極管，二極管持續(xù)發(fā)熱，熱量累積，引起接線盒老化變形，甚至燒損。

3 光伏組件接線盒火災痕跡鑒定方法

金相法是針對電氣火災痕跡物證鑒定的常用方法，其基本原理是金屬在不同的受熱、冷卻條件下，其金相組織會呈現(xiàn)不同的特征，可通過觀察金屬熔痕的金相組織，來分析推斷其形成原因[8]。

在正常狀態(tài)下，空氣具有良好的電氣絕緣性能，然而，當空氣間隙兩端的電場足夠大時，間隙將被擊穿，進而產生電流通過的現(xiàn)象，該現(xiàn)象為電弧放電。與一般可燃物燃燒的火焰不同，電弧放電通道能量集中、溫度極高，可迅速熔化絕大部分金屬導體。在光伏組件接線盒中，匯流條與導線是流經電流的金屬導體。當受到電弧、火焰作用時，形成的金相組織會呈現(xiàn)出不同的特征。例如，接觸不良、短路等故障，均可使空氣間隙被擊穿，進而形成高溫電弧，并在導體上留下電弧作用熔痕。留下電弧熔痕的導體與空氣間隙的兩端存在對應關系。接觸不良故障留下的熔痕位于同電位導體連接處、短路故障留下的熔痕則位于不同電位導體之間。通過金相法分析金屬導體的金相組織特征，能夠判斷其是否為電弧作用熔痕，再結合系統(tǒng)工作狀態(tài)和導體的電氣邏輯關系，可分析并確定形成該類痕跡的直接原因。

某光伏組件火災事故中，現(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn)有3個接線盒，負極一端接線盒位置有明顯燃燒煙熏痕跡，其余部位表面相對潔凈，可確定該光伏組件起火部位位于下方接線盒處。進一步勘查發(fā)現(xiàn)，該接線盒與負極電源線相連，其殼體已燒損，現(xiàn)場殘留有部分塑料熔融物與碳化物，見圖1。

起火接線盒的結構見圖2，在光伏組件的電氣系統(tǒng)中，電流經匯流條匯集后，通過與接線盒相連的導線流入另一光伏組件，在光伏電池回路中接入旁路二極管用于保護。在正常工作狀態(tài)下，該二極管反向偏置。為進一步分析起火接線盒的痕跡特征，提取與該接線盒相連的正極匯流條、負極匯流條、負極導線，并對其進行體視觀察和金相檢測。

匯流條與導線的端頭均存在明顯的電弧作用熔痕，熔痕凸起，表面具有金屬光澤，其金相組織存在明顯分界線，熔痕部分呈現(xiàn)出鑄態(tài)組織特征。正極匯流條與負極匯流條熔痕的熔痕晶粒由細小的胞狀晶組成；負極導線的熔痕晶粒由細小的柱狀晶組成，見圖3～5。

該光伏組件起火部位確定為負極接線盒，接線盒的正負極匯流條、負極導線均存在明顯電弧作用熔痕。由于旁路二極管在光伏組件中具有緩解熱斑效應的保護功能，在起火接線盒部位，電流流向有兩種情況。當旁路二極管處于反向偏置時，電流依次通過負極導線、銅鼻子、負極匯流條流入光伏電池，再通過匯流條流入下一接線盒；當旁路二極管正向導通時，電流依次通過負極導線、銅鼻子、二極管、銅片、正極匯流條流入下一接線盒。

在光伏組件工作狀態(tài)下，電流不會同時流經正極匯流條、負極匯流條和負極導線。因此，這三處連接點同時發(fā)生接觸不良故障的可能性較小。相比之下，某兩處間發(fā)生短路故障引發(fā)火災的可能性更大。由于負極匯流條與負極導線間無電勢差，因此，可推斷二極管擊穿或絕緣失效導致的正負極短路故障，是形成電弧熔痕的直接原因。

4 結束語

光伏組件接線盒接觸不良、熱斑效應、雷擊過電壓等因素，是導致接線盒失效乃至起火的主要原因。這些因素可引發(fā)二極管擊穿、短路等故障，直接或間接導致接線盒起火燒損，甚至引燃整個光伏組件。通過分析起火接線盒殘留的匯流條、導線連接處的熔痕體視外觀和金相組織特征，可判斷該處是否存在電弧故障。結合光伏組件的工作方式，可分析產生該類痕跡的直接原因。為進一步查明根本原因，還應綜合分析研究同批次的接線盒質量、起火光伏組件工作環(huán)境、當地氣候環(huán)境等因素。

參考文獻

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