故障電弧在分布式光伏電站的應(yīng)用

時間：2022-07-23作者：安科瑞電氣股份有限公司瀏覽：182

楊翠

（安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定）
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(dān)主力軍角色，同時也將進(jìn)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過集中式電站，標(biāo)志著分布式光伏電站進(jìn)入大規(guī)模快速增長階段，但是，隨之而來的“智慧問題”也越來越多，已經(jīng)到了迫切需要解決的地步。
       “智慧”是一切產(chǎn)業(yè)的命脈，是一票否決的原則性問題，光伏電站智慧運(yùn)營也是電站**的根基所在。隨著“整縣推進(jìn)”項(xiàng)目不斷落地實(shí)施，大量**、學(xué)校、醫(yī)院、居民屋以及加油站、各種料棚和工商業(yè)彩鋼瓦屋安裝光伏電站；可再生能源建筑政策也將推動BIPV（建筑光伏一體化）市場繁榮發(fā)展。一直以來，光伏電站“防電弧”和“*災(zāi)”發(fā)生是光伏電站的難點(diǎn)、屋電站的痛點(diǎn)、**關(guān)注的、社會輿論的焦點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：光伏電站；故障電弧；電氣火災(zāi)
 
0 前言
       近年來，光伏電站火災(zāi)事故頻發(fā)，這不僅損失電站財產(chǎn)、發(fā)電收益，嚴(yán)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(dǎo)致一系列次生災(zāi)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(diǎn)脫落、器件老化、絕緣破裂、接地不良等情況都會產(chǎn)生電弧。
 
1 電弧分析
1.1 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。
1.2 并聯(lián)電弧
      并聯(lián)電弧主要由線路破損引起的正負(fù)極性導(dǎo)體短接，或者組串電纜之間短接引起的。當(dāng)組串電纜被機(jī)械擠壓或磨損時，在正負(fù)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(dǎo)致并聯(lián)電弧，當(dāng)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(dāng)組件方陣主導(dǎo)體之間發(fā)生并聯(lián)電弧，由于電弧能夠得到足夠能量，加難以熄滅，將會造成重大火災(zāi)事故。通過斷開光伏系統(tǒng)直流母線或相應(yīng)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(dǎo)致大的電流通過電弧通路，使電弧燃燒加劇烈。
      目前，逆變器中集成的電弧保護(hù)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，智慧隱患大。
1.3 接地電弧
      部件老化破損或機(jī)械損傷導(dǎo)致對地放電，如果組件平鋪在彩鋼瓦屋上，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)，尤其雨天是常見，目前，解決方法為逆變器停機(jī)，等接地處干燥后再開機(jī)運(yùn)行，這種方法并不能有效排除隱患，同時增加人身觸電的風(fēng)險。
2 電弧相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)應(yīng)用
      為了減少電氣火災(zāi)的發(fā)生，特別是對末端負(fù)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(biāo)準(zhǔn)和政策。
     《故障電弧探測器》GB14287.4-2014


      由上述標(biāo)準(zhǔn)要求可知：故障電弧主要針對的是末端負(fù)載，負(fù)載功率在10KW以下。
     《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》GB50116-2013：
      9.1.6條文說明 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)置不應(yīng)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條文說明 具有探測線路故障電弧功能的電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器，其保護(hù)線路長度不宜大于100m
      12.4.6條文說明 電氣線路應(yīng)設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器，照明線路上應(yīng)設(shè)置具有探測故障電弧功能的電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器。
      12.4.6條文說明 高度大于12m的空間場所較大的隱患就是電氣火災(zāi)，因此設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。照明線路故障引起的火災(zāi)占電氣火災(zāi)的10％左右，此類建筑的部較高，發(fā)火災(zāi)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(zāi)監(jiān)控探測器，才能對照明線路故障引起的火災(zāi)的有效探測。
      由上述標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行有效監(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，可有效監(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?。┻M(jìn)行有效的檢測，當(dāng)檢測到線路中存在引起火災(zāi)的故障電弧時，可以進(jìn)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(shí)現(xiàn)預(yù)警火災(zāi)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(hù)線路長度不宜大于100米。產(chǎn)品遵循標(biāo)準(zhǔn)GB 14287.4-2014，可適用于光伏電站末端、養(yǎng)老院、學(xué)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(hù)方案
      解決方案：


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(qiáng)大的數(shù)據(jù)接收、處理、存儲、訪問能力，平臺融合了電力監(jiān)控、電能統(tǒng)計、電氣智慧等功能，互聯(lián)互通，高效互動。


4 結(jié)束語
       我國光伏電站建設(shè)正在如火如荼地進(jìn)行中，已經(jīng)走進(jìn)千家萬戶與老百姓生產(chǎn)生活緊密相連，如何**光伏電站的“智慧性”正在引起全行業(yè)的高度重視。隨著央國企電力集團(tuán)布局光伏產(chǎn)業(yè)，電站運(yùn)行中的智慧問題是提高到重中之重的位置。要想有效解決這一問題，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(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，并在后續(xù)電站建設(shè)中真正落實(shí)相關(guān)要求。
       2022年4月26日，*財經(jīng)*十一次會議，研究全面加強(qiáng)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(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、社會效益、生態(tài)效益、智慧效益相統(tǒng)一，服務(wù)國家重大戰(zhàn)略，支持經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展。光伏電站作為重要的能源基礎(chǔ)設(shè)施，智慧穩(wěn)定高效運(yùn)行是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要**。
 
參考文獻(xiàn)
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[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*規(guī)范[S].
[4].GB14287.4-2014 故障電弧探測器[S].

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