故障電弧在分布式光伏電站的應用

摘  要：國家雙碳政策下，光伏發(fā)電將在未來(lái)能源結構中承擔主力軍角色，同時(shí)也將進(jìn)入一個(gè)蓬勃發(fā)展的新時(shí)代。2021年，分布式光伏電站新增容量超過(guò)集中式電站，標志著(zhù)分布式光伏電站進(jìn)入大規?？焖僭鲩L(cháng)階段，但是，隨之而來(lái)的“安全問(wèn)題"也越來(lái)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(wèn)題，光伏電站安全運營(yíng)也是電站取得投資回報的根基所在。隨著(zhù)“整縣推進(jìn)"項目不斷落地實(shí)施，大量、學(xué)校、醫院、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；可再生能源建筑政策也將推動(dòng)BIPV（建筑光伏一體化）市場(chǎng)繁榮發(fā)展。一直以來(lái)，光伏電站“防電弧"和“防火災"發(fā)生是光伏電站的難點(diǎn)、屋頂電站的痛點(diǎn)、政府關(guān)注的重點(diǎn)、社會(huì )的焦點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：光伏電站；故障電??；電氣火災

 

       近年來(lái)，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(shí)還會(huì )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(jiàn)的故障現象，由于接點(diǎn)脫落、器件老化、絕緣破裂、接地不良等情況都會(huì )產(chǎn)生電弧。

 

1.1 串聯(lián)電弧

      串聯(lián)電弧，又稱(chēng)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。

1.2 并聯(lián)電弧

      并聯(lián)電弧主要由線(xiàn)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(shí)，在正負極之間，或者不同組串之間就會(huì )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(huì )導致并聯(lián)電弧，當系統出現串聯(lián)電弧沒(méi)有及時(shí)處理時(shí)，串聯(lián)電弧的熱量燒壞電纜絕緣層，也會(huì )產(chǎn)生并聯(lián)電弧。

      當組件方陣主導體之間發(fā)生并聯(lián)電弧，由于電弧能夠得到足夠能量，更加難以熄滅，將會(huì )造成重大火災事故。通過(guò)斷開(kāi)光伏系統直流母線(xiàn)或相應組串可以熄滅串聯(lián)故障電弧，然而卻無(wú)法熄滅并聯(lián)故障電弧，甚至可能導致更大的電流通過(guò)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。

1.3 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，將出現接地電弧或漏電情況。這種故障不易排查發(fā)現，尤其雨天更是常見(jiàn)，目前，解決方法為逆變器停機，等接地處干燥后再開(kāi)機運行，這種方法并不能有效排除隱患，同時(shí)增加人身觸電的風(fēng)險。

      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(jìn)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。

     《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。

     《火災自動(dòng)報警系統設計規范》GB50116-2013：

      9.1.6條文說(shuō)明 電氣火災監控系統的設置不應影響供電系統的正常工作，不宜自動(dòng)切斷供電電源。

      9.2.4條文說(shuō)明 具有探測線(xiàn)路故障電弧功能的電氣火災監控探測器，其保護線(xiàn)路長(cháng)度不宜大于100m

      12.4.6條文說(shuō)明 電氣線(xiàn)路應設置電氣火災監控探測器，照明線(xiàn)路上應設置具有探測故障電弧功能的電氣火災監控探測器。

      12.4.6條文說(shuō)明 高度大于12m的空間場(chǎng)所較大的隱患就是電氣火災，因此設置電氣火災監控系統。照明線(xiàn)路故障引起的火災占電氣火災的10％左右，此類(lèi)建筑的頂部較高，發(fā)火災在不容易被發(fā)現，也沒(méi)法在其上面設置其他探測器，只有設置具有探測故障電弧功能的電氣火災監控探測器，才能保證對照明線(xiàn)路故障引起的火災的有效探測。

      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(cháng)度不超過(guò)100米。

 

      為了解決光伏電站的故障電弧問(wèn)題，安科瑞研發(fā)的AAFD系列的故障電弧，可有效監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(xiàn)路中的故障電?。òü收喜⒙?lián)電弧、故障串聯(lián)電?。┻M(jìn)行有效的檢測，當檢測到線(xiàn)路中存在引起火災的故障電弧時(shí)，可以進(jìn)行現場(chǎng)的聲光報警，并將報警信息傳輸給上端監控設備，以實(shí)現預警火災發(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(xiàn)路，其保護線(xiàn)路長(cháng)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、養老院、學(xué)校、商業(yè)建筑、賓館、工廠(chǎng)、庫房、圖書(shū)館、辦公室、家庭住宅、以及娛樂(lè )場(chǎng)所等。

安科瑞一站式保護方案

      解決方案：

系統組網(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，具備強大的數據接收、處理、存儲、訪(fǎng)問(wèn)能力，平臺融合了電力監控、電能統計、電氣安全等功能，互聯(lián)互通，高效互動(dòng)。

       我國光伏電站建設正在如火如荼地進(jìn)行中，已經(jīng)走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)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(zhù)央國企電力集團布局光伏產(chǎn)業(yè)，電站運行中的安全問(wèn)題更是提高到重中之重的位置。要想有效解決這一問(wèn)題，需要整個(gè)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，并在后續電站建設中真正落實(shí)相關(guān)要求。

       2022年4月26日，中央財經(jīng)委員會(huì )第十一次會(huì )議，研究全面加強基礎設施建設問(wèn)題，提出構建現代化基礎設施體系，實(shí)現經(jīng)濟效益、社會(huì )效益、生態(tài)效益、安全效益相統一，服務(wù)國家重大戰略，支持經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展。光伏電站作為重要的能源基礎設施，安全穩定高效運行是經(jīng)濟發(fā)展的重要保障。

 

[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 建筑設計防火規范[S].

[4].GB14287.4-2014 故障電弧探測器[S].