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光伏發(fā)電設(shè)備異常運(yùn)行故障分析與解決
【摘要】近幾年，光伏發(fā)電技術(shù)迅猛發(fā)展，光伏扶貧電站及分布式光伏使光伏發(fā)電走進(jìn)千家萬戶。然而光伏發(fā)電設(shè)備運(yùn)行期間仍存在隱患。及時發(fā)現(xiàn)并解決*常見異常運(yùn)行故障，可以很大地提高光伏發(fā)電設(shè)備可利用率，是保證光伏發(fā)電設(shè)備正常運(yùn)行、滿足收益要求的保障。
【關(guān)鍵詞】光伏電站；絕緣阻抗異常；太陽能
0.概述
光伏發(fā)電是依托電力電子技術(shù),利用太陽光照將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的系統(tǒng)。光伏發(fā)電不需要使用化石燃料，減少了發(fā)電時產(chǎn)生的污染，并且減少了能源消耗。光伏發(fā)電依托政策扶持，快速在國內(nèi)普及。光伏發(fā)電與傳統(tǒng)火電發(fā)電原理不同，因?yàn)闆]有旋轉(zhuǎn)機(jī)械，光伏發(fā)電設(shè)備故障率較低，不需要實(shí)時監(jiān)視維護(hù)，所以光伏發(fā)電系統(tǒng)也可安裝在民居屋頂，百姓也可以享受發(fā)電紅利。隨著光伏裝機(jī)容量的不斷擴(kuò)大光伏運(yùn)維檢修人才短缺的問題逐漸顯現(xiàn)，這導(dǎo)致光伏電站故障處理效率較低，達(dá)不到預(yù)期收益率。因此相關(guān)人員要對光伏發(fā)電常見故障進(jìn)行充分了解和分析，建立起科學(xué)的運(yùn)維管理模式及故障排查處理方法。
1.光伏發(fā)電系統(tǒng)
大型地面光伏電站是由光伏組件、支架、逆變器、匯流箱、升壓變等設(shè)備組成。光伏組件經(jīng)過很多串并聯(lián)之后接入逆變器直流輸入端并經(jīng)過逆變器的變換成交流電,再經(jīng)過變壓器送入電網(wǎng)。而多塊光伏組件串并聯(lián)后構(gòu)成光伏組串，布線復(fù)雜、支路多、距離長是光伏組串的特點(diǎn)，其發(fā)生直流接地故障概率非常高。故障現(xiàn)象多見于傳輸線路上，干燥情況下，一般不易發(fā)生，在下雨、天氣潮濕天氣中，問題暴露較為明顯。
2.光伏場區(qū)故障原因
由于大型光伏電站項(xiàng)目的特殊性，上網(wǎng)電價受并網(wǎng)時間的影響這造成工期緊、任務(wù)重。同時光伏電站占地面積大，施工過程中工作點(diǎn)多面廣。光伏電站建設(shè)時多用閑置荒地、山地作為組件安裝地點(diǎn)存在施工難度大的特點(diǎn)。電纜溝回填時，由于部分區(qū)域取沙困難，施工方直接使用電纜溝附近的石塊回填，導(dǎo)致電纜絕緣損傷，造成低壓電纜接地故障或斷線:施工過程中，電纜放線未使用滑輪，而是拖拽電纜，地面的石塊容易劃傷低壓電纜，電纜埋入地下后，隨著雨水侵入或土地的不均勻沉降，造成低壓電纜接地故障或斷線:組件安裝工人為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民，缺乏安裝經(jīng)驗(yàn)，光伏組件安裝時，將組件線纜擠壓在組件與光伏支架間,隨著運(yùn)行時間的增長,組件線纜被擠壓絕緣破損；設(shè)備制造單位制造工期短、任務(wù)緊，易采購到質(zhì)量較差的元器件，經(jīng)過大電流運(yùn)行后，元器件易損壞。以上是光伏場區(qū)發(fā)生故障的主要原因。3.光伏場區(qū)的主要故障
無論采用集中式逆變器還是采用組串式逆變器，光伏電站*多的設(shè)備就是光伏組件，一座50MWp的光伏電站，若采用275Wp規(guī)格的光伏組件需要182900余塊。巨大數(shù)量的光伏組件，以及串抵押電纜的光伏組件成為光伏發(fā)電系統(tǒng)中故障率*高的設(shè)備。“絕緣阻抗異常"成為光伏電站*常見的故障，該故障輕則導(dǎo)致帶由故障組件串支路的逆變器告警運(yùn)行，或停機(jī)且不能自動并網(wǎng)，嚴(yán)重則可導(dǎo)致故障點(diǎn)放電引發(fā)火災(zāi)或人身觸電事故。因此，若發(fā)生“絕緣阻抗異常"故障，及時發(fā)現(xiàn)并消除。查找“絕緣阻抗異常"故障點(diǎn)的方法是消除該故障的關(guān)鍵。
當(dāng)今市面上運(yùn)行的光伏逆變器大多數(shù)具有直流側(cè)絕緣監(jiān)測功能,當(dāng)逆變器直流側(cè)系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，逆變器都能夠檢測出正極或負(fù)極絕緣異常，并且通過光伏電站布置的通信系統(tǒng)，將故障報警信號發(fā)送至電站中央控制室的后臺監(jiān)控計(jì)算機(jī)上。但逆變器不能判斷出具體的故障點(diǎn)，更不能及時做出故障隔離，因此后續(xù)的故障點(diǎn)查找就需要人工完成。
4.產(chǎn)品應(yīng)用
儲能系統(tǒng)的架構(gòu)決定了系統(tǒng)中不能多個絕緣監(jiān)測模塊同時工作，否則會因相互干擾，導(dǎo)致誤報，使得系統(tǒng)無法運(yùn)行。該示例中，系統(tǒng)采用主控模塊來控制各絕緣監(jiān)測儀的工作，采用分時控制策略，保證同一時間內(nèi)只1只絕緣監(jiān)測儀在工作，各個絕緣監(jiān)測儀之間不會相互干擾的同時，保證儲能系統(tǒng)時刻都能進(jìn)行絕緣監(jiān)測，保障系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和可靠性。
5.產(chǎn)品簡介
AIM-D100-ES 型直流絕緣監(jiān)測儀主要用于在線監(jiān)測直流不接地系統(tǒng)正負(fù)極對地絕緣電阻，當(dāng)絕緣電阻低于設(shè)定值時，能發(fā)出預(yù)警和報警信號。產(chǎn)品可測 100-1500V 的直流系統(tǒng)，可應(yīng)用于儲能直流系統(tǒng)、電動汽車充電裝置、UPS供電系統(tǒng)、光伏直流系統(tǒng)、直流電網(wǎng)等直流系統(tǒng)的絕緣監(jiān)測。
輔助電源 | 24VDC | |
功耗 | ≤6W | |
直流系統(tǒng) | 電壓范圍 | 100~1500VDC |
測量精度 | 0.5級 | |
絕緣監(jiān)測 | 絕緣電阻范圍 | 1KΩ~10MΩ |
精度 | ≤3% | |
允許系統(tǒng)泄露電容 | ≤5uF | |
*快測量時間 | 200ms | |
通訊 | RS485通訊，ModBUS-RTU協(xié)議 | |
安裝方式 | 壁掛/導(dǎo)軌 | |
環(huán)境參數(shù) | 工作溫度 | -15~+55℃ |
存儲溫度 | -20~+70℃ | |
相對濕度 | <95%，不結(jié)露 | |
海拔高度 | <2000米 | |
儀表具體的接線端子和典型接線如下所示：
6.結(jié)語
光伏發(fā)電系統(tǒng)布線復(fù)雜、支路多、距離長，不可避免的會有嚙齒類動物咬破電纜、線纜自然老化、施工質(zhì)量或外力等因素而導(dǎo)致線纜絕緣層的破壞，使光伏線纜正極或負(fù)極對地間的絕緣電阻值降低至某一規(guī)定值出現(xiàn)直流接地故障。直流接地會造成逆變器停機(jī)，無法正常工作，直接影響了光伏電場的發(fā)電量和經(jīng)濟(jì)效益，因此直流接地故障發(fā)生后要及時排除。
安科瑞侯文莉