故障電弧在分布式光伏電站的應用

安科瑞 耿敏花

　　【摘要】：國家雙碳政策下，光伏發(fā)電將在未來能源結(jié)構(gòu)中承擔主力軍角色，同時也將進入一個蓬勃發(fā)展的新時代。2021年，分布式光伏電站新增容量超過集中式電站，標志著分布式光伏電站進入大規(guī)模快速增長階段，但是，隨之而來的“安全問題"也越來越多，已經(jīng)到了迫切需要解決的地步。

　　“安全"是一切產(chǎn)業(yè)的命脈，是一票否決的原則性問題，光伏電站安全運營也是電站取得商業(yè)回報的根基所在。隨著“整縣推進"項目不斷落地實施，大量政府機關(guān)、學校、醫(yī)院、居民屋頂以及加油站、各種料棚和工商業(yè)彩鋼瓦屋頂安裝光伏電站。一直以來，光伏電站“防電弧"和“防火災"發(fā)生是光伏電站的難點、屋頂電站的痛點、政府關(guān)注的焦點、社會的焦點。

　　【關(guān)鍵詞】：光伏電站；故障電弧；電氣火災

　　1. 前言

　　近年來，光伏電站火災事故頻發(fā)，這不僅損失電站財產(chǎn)、發(fā)電收益，嚴重時還會造成建筑物損壞和人身傷害，甚至蔓延到周邊環(huán)境，導致一系列次生災害發(fā)生。

　　電弧產(chǎn)生是光伏電站中常見的故障現(xiàn)象，由于接點脫落、器件老化、絕緣破裂、接地不良等情況都會產(chǎn)生電弧。

　　2. 電弧分析

　　l 串聯(lián)電弧

　　串聯(lián)電弧，又稱為拉弧。串聯(lián)電弧通常由組件間電纜插頭接觸不良、組串電纜與匯流箱或者逆變器的連接不牢靠等原因造成。

　　l 并聯(lián)電弧

　　并聯(lián)電弧主要由線路破損引起的正負極性導體短接，或者組串電纜之間短接引起的。當組串電纜被機械擠壓或磨損時，在正負極之間，或者不同組串之間就會產(chǎn)生電弧放電，這就是并聯(lián)電弧故障。還有一種情況也會導致并聯(lián)電弧，當系統(tǒng)出現(xiàn)串聯(lián)電弧沒有及時處理時，串聯(lián)電弧的熱量燒壞電纜絕緣層，也會產(chǎn)生并聯(lián)電弧。

　　當組件方陣主要導體之間發(fā)生并聯(lián)電弧將會造成重大火災事故。通過切斷光伏系統(tǒng)直流母線或相應組串可以熄滅串聯(lián)故障電弧，然而卻無法熄滅并聯(lián)故障電弧，甚至可能導致更大的電流通過電弧通路，使電弧燃燒更加劇烈。

　　目前，逆變器中集成的電弧保護功能，不能檢測并聯(lián)電弧和接地電弧，但并聯(lián)電弧的破壞力往往是串聯(lián)電弧的10倍，安全隱患更大。

　　l 接地電弧

　　部件老化破損或機械損傷導致對地放電，如果組件平鋪在彩鋼瓦屋頂上，將出現(xiàn)接地電弧或漏電情況。這種故障不易排查發(fā)現(xiàn)，尤其雨天更是常見，目前，解決方法為逆變器停機，等接地處干燥后再開機運行，這種方法并不能合理排除隱患，同時增加人身觸電的風險。

　　3. 電弧相關(guān)標準及相關(guān)應用

　　為了減少電氣火災的發(fā)生，特別是對末端負載的故障電弧進行檢測，我國針對故障電弧檢測出臺了一些列的標準和政策。

　　l 《故障電弧探測器》GB14287.4-2014

　　由上述國標要求可知：故障電弧主要針對的是末端負載，負載功率在10KW以下。

　　l 《火災自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》GB50116-2013

　　9.1.6 電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)置不應影響供電系統(tǒng)的正常工作，不宜自動切斷供電電源。

　　9.2.4 具有探測線路故障電弧功能的電氣火災監(jiān)控探測器，其保護線路長度不宜大于100m

　　12.4.6 電氣線路應設(shè)置電氣火災監(jiān)控探測器，照明線路上應設(shè)置具有探測故障電弧功能

　　的電氣火災監(jiān)控探測器。

　　12.4.6條文說明 高度大于12m的空間場所的隱患就是電氣火災，因此設(shè)置電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)。照明線路故障引起的火災占電氣火災的10％左右，此類建筑的頂部較高，發(fā)火災在不容易被發(fā)現(xiàn)，也沒法在其上面設(shè)置其他探測器，只有設(shè)置具有探測故障電弧功能的電氣火災監(jiān)控探測器，才能保證對照明線路故障引起的火災的合理探測。

　　由上述國標要求可知：故障電弧主要針對的是末端的照明回路，且檢測回路長度不超過100米。

　　3. AAFD故障電弧探測器可對光伏電站末端故障電弧進行合理監(jiān)測

　　為了解決光伏電站的故障電弧問題，安科瑞研發(fā)的AAFD系列的故障電弧，可合理監(jiān)控光伏電站末端用電回路的故障電弧。

　　AAFD系列故障電弧探測器對接入線路中的故障電弧（包括故障并聯(lián)電弧、故障串聯(lián)電弧）進行合理的檢測，當檢測到線路中存在引起火災的故障電弧時，可以進行現(xiàn)場的聲光報警，并將報警信息傳輸給上端監(jiān)控設(shè)備，以實現(xiàn)預警火災發(fā)生的目的。

　　AAFD系列故障電弧探測器適用于工業(yè)與民用建筑中10KW及其以下的電氣線路，其保護線路長度不宜大于100米。產(chǎn)品遵循國標GB 14287.4-2014，可適用于光伏電站末端、養(yǎng)老院、學校、商業(yè)建筑、賓館、工廠、庫房、圖書館、辦公室、家庭住宅、以及娛樂場所等。

　　安科瑞一站式保護方案

　　解決方案：設(shè)置電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)，并在末端電箱設(shè)置故障電弧探測器。

　　系統(tǒng)組網(wǎng)圖如下：

　　故障電弧可以對接AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理平臺，具備強大的數(shù)據(jù)接收、處理、存儲、訪問能力，平臺結(jié)合了電力監(jiān)控、電能統(tǒng)計、電氣安全等功能，互聯(lián)互通，合理互動。

　　5、結(jié)束語

　　我國光伏電站建設(shè)正在如火如荼地進行中，已經(jīng)走進千家萬戶與老百姓生產(chǎn)生活緊密相連，如何保障光伏電站的“安全性"正在引起全行業(yè)的高度重視。隨著央國企電力集團布局光伏產(chǎn)業(yè)，電站運行中的安全問題更是提高到重中之重的位置。要想合理解決這一問題，需要整個行業(yè)群策群力提出創(chuàng)新性解決方案，并且不斷完善相關(guān)標準和法規(guī)，并在后續(xù)電站建設(shè)中落實相關(guān)要求。

　　2022年4月26日，相關(guān)部門會議研究加強基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)問題，提出構(gòu)建現(xiàn)代化基礎(chǔ)設(shè)施體系，實現(xiàn)經(jīng)濟效益、社會效益、安全和效益相統(tǒng)一，服務國家重大戰(zhàn)略，支持經(jīng)濟社會發(fā)展。光伏電站作為重要的能源基礎(chǔ)設(shè)施，安全穩(wěn)定合理運行是經(jīng)濟發(fā)展的重要保障。

　　參考文獻

　　[1].周中.電力儀表在大型公共建筑電能分項計量中的應用[J].現(xiàn)代建筑電氣2010.6

　　[2].安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品選型手冊.2020.08

　　[3].GB50116-2014 建筑設(shè)計防火規(guī)范[S].

　　[4].GB14287.4-2014 故障電弧探測器[S].