談光伏電站絕緣阻抗異常排查方法
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摘要：近幾年，我國科學技術不斷發展和進步，光伏發電技術迅猛發展，光伏扶貧電站及分布式光伏使光伏發電走進千家萬戶。然而，光伏發電設備運行期間仍存在隱患。及時發現并解決最常見異常運行故障，可以極大地提高光伏發電設備可利用率，是保證光伏發電設備正常運行、滿足收益要求的保障。
光伏發電是依托電力電子技術，利用太陽光照將太陽能轉化為電能的系統。光伏發電不需要使用化石燃料，減少了發電時產生的污染，并且減少了能源消耗。光伏發電依托政策扶持，快速在國內普及。光伏發電與傳統火電發電原理不同，因為沒有旋轉機械，光伏發電設備故障率較低，不需要實時監視維護，所以光伏發電系統也可安裝在民居屋頂，百姓也可以享受發電紅利。隨著光伏裝機容量的不斷擴大，光伏運維檢修人才短缺的問題逐漸顯現，這導致光伏電站故障處理效率較低，達不到預期收益率。因此相關人員要對光伏發電常見故障進行充分了解和分析，建立起科學的運維管理模式及故障排查處理方法。
1光伏發電系統
光伏發電主要利用的是“光生伏特效應”，既半導體材料在受到光照時，會產生電動勢的現象。半導體材料經串、并聯制作成光伏組件。光伏組件經串聯構成設定直流電壓的光伏組串。光伏組串發出的直流電經光伏逆變器逆變為交流電，交流電經變壓后，送入電網。
2光伏場區故障原因與主要故障
2.1光伏場區故障原因
由于大型光伏電站項目的特殊性，上網電價受并網時間的影響，這造成工期緊、任務重。同時光伏電站占地面積大，施工過程中工作點多面廣。光伏電站建設時多用閑置荒地、山地作為組件安裝地點，存在施工難度大的特點。電纜溝回填時，由于部分區域取沙困難，施工方直接使用電纜溝附近的石塊回填，導致電纜絕緣損傷，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；組件安裝工人為當地農民，缺乏安裝經驗，光伏組件安裝時，將組件線纜擠壓在組件與光伏支架間，隨著運行時間的增長，組件線纜被擠壓絕緣破損；設備制造單位制造工期短、任務緊，易采購到質量較差的元器件，經過大電流運行后，元器件易損壞。以上是光伏場區發生故障的主要原因。
2.2光伏場區的主要故障
無論采用集中式逆變器還是采用組串式逆變器，光伏電站最多的設備就是光伏組件，一座50MWp的光伏電站，若采用275Wp規格的光伏組件需要182000余塊。巨大數量的光伏組件，以及串低壓電纜的光伏組件成為光伏發電系統中故障率最高的設備。“絕緣阻抗異常”成為光伏電站最常見的故障，該故障輕則導致帶由故障組件串支路的逆變器告警運行，或停機且不能自動并網，嚴重則可導致故障點放電引發火災或人身觸電事故。因此，若發生“絕緣阻抗異常”故障，必須及時發現并消除。查找“絕緣阻抗異常”故障點的方法是消除該故障的關鍵。
3“絕緣阻抗異常”故障的排查過程
當今市面上運行的光伏逆變器大多數具有直流側絕緣監測功能，當逆變器直流側系統發生接地故障時，逆變器都能夠檢測出正極或負極絕緣異常，并且通過光伏電站布置的通信系統，將故障報警信號發送至電站中央控制室的后臺監控計算機上。但逆變器不能判斷出具體的故障點，更不能及時做出故障隔離，因此后續的故障點查找就需要人工完成。
3.1“絕緣阻抗異常”故障的常用排查過程
（1）以正極接地故障為例，光伏電站中央控制室值班人員發現某集中式逆變器報出“絕緣阻抗異常”報警時，要及時通知檢修人員，經履行工作許可手續后，檢修人員到達報警逆變器處，就地查看逆變器報警是否與中央控制室報警一致。（2）檢修人員確認該集中式逆變器存在絕緣異常故障，采用“拉路”的方法，查找故障點所在的光伏匯流箱支路。當拉開故障支路所在匯流箱的逆變器直流側支路開關時，逆變器會檢測到絕緣恢復正常運行水平，逆變器“絕緣阻抗異常”報警消除。（3）檢修人員使用萬用表直流電壓檔對逆變器故障支路進行檢查，經測量，故障支路電纜正極對地電壓接近0V，負極對地電壓約-640V，可以確定故障點在正極。（4）此時將檢修人員分為兩組，一組留在集中式逆變器處，另一組到故障支路所在匯流箱處（為了便于說明，將留在集中式逆變器的一組檢修人員定義為A組，將去檢查故障支路匯流箱的一組檢修人員定義為B組），B組人員到達該匯流箱后，拉開匯流箱內斷路器，使用萬用表直流電壓檔分別測量該匯流箱至逆變器直流電纜正、負極對地電壓為0V，以確認需要檢修的匯流箱間隔正確，保證安全，防止走錯間隔。（5）在匯流箱處的B組人員斷開該匯流箱內的所有正、負極熔斷器，使用萬用表直流電壓檔分別測量該匯流箱內各熔斷器與組串連接處對地電壓，直至全部測量完成，發現某一路正極對地電壓接近0V，負極對地電壓約-640V時，即可確定該組件串正極接地故障。（6）B組人員通知在逆變器處的A組人員合上逆變器直流側該匯流箱支路斷路器，B組人員將該匯流箱非故障組串恢復發電。（7）兩組人員在該匯流箱處匯合，使用鉗形電流表直流電流檔檢測無電流的組串聯絡線，并沿線查找即可找到故障點。若未測出故障，可以僅合上一路組串的正負極熔斷器，再合上該匯流箱內的斷路器，使用萬用表的直流電壓檔測量匯流箱至逆變器的電纜正、負極對地電壓，判斷匯流箱至逆變器的電纜絕緣情況。
3.2“絕緣阻抗異常”故障的特殊排查過程
上述檢查方法可以查到絕大多數組串絕緣阻抗異常的故障點，但是對于某些匯流箱元器件內部故障引起的“絕緣阻抗異常”故障是無法檢查到的。檢查過程中，工作人員會發現所有組串的正負極對地電壓都是從大約±100V向0V遞減的正常狀態，但是合閘送電后，逆變器依然發出“絕緣阻抗異常”報警。此時，保持逆變器直流側該支路斷路器在“分”位，匯流箱內斷路器在“合”位，在匯流箱處的B組人員合上匯流箱內所有正、負極熔斷器后，使用萬用表直流電壓檔、黑色表筆接地，使用紅色表筆測量匯流箱斷路器與電纜連接處負極的電壓，會發現約為-600V并且數值維持不變。然后拉開一半對應的正、負極熔斷器，再次使用萬用表直流電壓檔測量匯流箱斷路器與電纜連接處負極的對地的電壓，若發現電壓從約為-100V向0V靠近，則表示所測量的支路正常，如圖1所示。此時斷開該部分的正、負極熔斷器，并且合上拉開一半對應的正負極熔斷器。重復這種方法，不斷排除正常的組串支路，并拉開對應的組串的正、負極熔斷器，保持電壓異常的組串支路正、負極熔斷器都在合位，如圖2所示。經過不斷的篩查，最終可以找到故障的組串支路。故障點會在匯流箱內的該支路上。然后檢查該組串在匯流箱內防反二極管、正極熔斷器座、霍爾等元器件及正極導線，即可排查故障。
4結束語
在經濟飛速發展的今天，電力是能源供應的重要形式，而光伏發電也成為當今社會電能生產的重要組成部分。文章以光伏電站故障原因為切入點，分析出組件“絕緣阻抗異常”是光伏電站最常見的故障，并較詳細地介紹了故障檢查方法，以求及時有效地排查故。
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作者：姜山 單位：三峽新能源曲陽發電有限公司
