郭光耀

（山西省工业设备安装有限公司 山西太原 030013）

1 光伏电站线路故障概述

光伏电站与火力发电厂相比，发电系统设计简单，但是集电线路相比火力发电厂来说存在点多、线长、面广的特点，同时光伏发电的电能质量杂波较多，功率波动频繁。因此光伏电站在运行过程中出现短路、断路、接地这三种典型线路故障的概率较高，同时三种故障以因果关系经常相伴发生，产生不同的继发故障；不同故障结果的起因有可能单一因素，也有可能是多种因素交织在一起相互影响。这会对光伏电站故障发生原因的分析和判断造成干扰，甚至误判。因此，及时找出故障发生点，并准确判断出故障发生的真正诱因，从而加以消除并不是一件容易的事，本人以自己从事的光伏电站运维经验为基础，总结光伏电站引发线路故障的因素有：①线缆长期运行，绝缘自然老化；②配电装置本身设计不合理、安装和运行维护不良；③安装质量或者线缆采购质量不合格，绝缘强度不够而被工作电压击穿；④设备绝缘正常而被过电压（包括雷电过电压）击穿；⑤设备绝缘受到外力损伤；⑥工作人员由于未遵守安全操作规程而发生误操作；⑦电力线路发生断线或倒杆事故；⑧大风或者树枝导致架空线路相间距离不足发生短路；⑨鸟兽跨越在裸露的相线之间或相线与接地物体之间，或者咬坏设备导线的绝缘等。下面以光伏发电站为对象，对光伏电站线路故障原因分析和处理方法进行总结提练。

2 光伏电站线路故障原因分析及处理

我公司营运的某屋顶分布式光伏电站装机容量为20MW，光伏组件所发直流电汇入箱逆变一体机，逆变、就地升压至35kV后通过两条集电线路接入电站开关站35kV母线。开关站另外配置消弧线圈接地变压器和SVG补偿变压器。电站为中性点经消弧线圈接地系统，主接线图如图1所示。

图1 电站主接线图

2017年6月28日电站建成并网时，因电站接入系统正式间隔未同期建成，电站使用临时T接并入电网。并网线路由电缆和架空线组成。电缆全长1.2km，中间设置电缆中间接头。故电站侧光纤纵联差动保护至2018年2月2日电站正式间隔建成投入使用后方投入运行。

2017年8月14日16点零6分光伏电站主控室控制主机上出现站内接地变和SVG补偿装置有瞬时零序过电流报警，16点零7分从控制主机上母线C相电压瞬时陡降为0，母线A、B相电压由22.2kV升高至35kV，之后值班人员接国网调度指令断开312、313集电线路开关，此时控制室消防控制柜显示高压配电仓烟感探头报警。

故障发生后，对站内集电线路和站外送出线路进行检查，发现送出线路电缆检查井内C相电缆中间接头击穿，对站内配电装置进行检查发现312、313集电线路控制柜内HY5WZ-51/134型号避雷保护器A-B-C三相座均击穿，314接地变控制柜315SVG无功补偿控制柜、以及PT控制柜避雷保护器均承受过2～3次过电压冲击。集合主控室故障数据记录、录波器故障录波记录以及配电装置自身故障记录的相关数据，判断站内接地变和SVG补偿装置瞬时零序过电流报警以及母线C相失压、A、B相电压瞬时升高的直接原因为送出线路电缆井内C相电缆中间接头击穿而对地短路；高压配电仓烟感探头报警的直接原因为集电线路控制柜内避雷保护器A-B-C三相击穿产生的烟雾。从而确定电缆井内C相电缆中间接头击穿为首次故障，控制柜内避雷保护器击穿为至继发故障。

通过对设计、采购、施工等各个环节的调查结果进行分析后我们认为造成C相电缆中间接头击穿的原因为施工质量不合格，短期运行后绝缘能力下降而击穿；避雷器损坏的原因可能是抗冲击能力差，故障运行线路时，引起弧光过电压使阀片劣化损坏，亦可能是线路发生断线、接地故障引起谐振，谐振电压幅值超过避雷器工作能力，从而导致其损坏，而避雷器抗冲击能力差，主要是阀片在制造过程中，各工艺质量控制点控制不严导致阀片的耐受冲击电压能力不强造成的，因此也不排除避雷器自身存在制造质量问题。

故障原因找到后，我们将损坏的电缆中间接头进行更换，并将所有高压柜内HY5WZ-51/134型号避雷器更换为型号TBP-B-42/280的三相组合式过电压保护器，下表是两者的性能比较，通过比较，我们明显能发现后者的功能更全面，更适用于有可能出现操作过电压的情况，使得高压柜保护功能更加完善。

2017年8月24日12点33分光伏电站出现站内接地变零序过电压告警，同时母线A相失压报警，5min后集电线路控制柜312间隔C相过流保护动作，同时312开关自动跳闸。故障发生后经现场检查确认，母线A相失压报警直接原因为送出线路电缆井内A相电缆中间接头击穿对地短路，集电线路控制柜312开关过流自动跳闸直接原因为集电1线13#箱逆变一体机高压侧C相电缆头击穿对地短路，导致过流保护动作开关跳闸。从而确定送出线路A相对地短路为首次故障，集电1线C相对地短路为继发故障。

通过分析我们判断送出线路电缆井内A相电缆中间接头击穿的原因是施工质量不合格或者是电缆中间接头产品质量不合格，短期运行后绝缘能力下降而击穿；而电站内集电1线13#箱逆变高压侧C相电缆终端接头在故障情况下运行5min左右出现击穿现象，我们不排除前面故障发生时，故障高压对电缆及高压开关设备有冲击，可能损坏绝缘，为此次继发故障埋下隐患，但究其根本原因，还是电缆头本身质量或安装质量出现问题。因为中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时，由于三相线电压不发生改变，三相用电设备能正常工作，电力系统规定，单相接地故障后可运行2h（单相接地，非故障相对地电位升高为线电压，容易引起绝缘损坏，从而引起两相或三相短路，造成更大事故，所以不可以长期运行）。故障原因找到后，将损坏的电缆接头进行更换后恢复送电。

3 结论

通过对光伏电厂多次线路故障的处理，结合本人多年从事光伏电厂建设、调试的经验证明，光伏电厂因其发电侧集电线路较长，线路故障易发，且故障类型以线路接地短路为主，引发线路接地故障的原因往往是多重的，而不同原因引发的故障告警信息也有相似之处；同时还要甄别是线路线路接地故障是真的接地短路告警，还是恶劣天气时电网线路瞬时失压出现的假接地短路告警，因此光伏电站线路故障实际诊断常常是很复杂的。要及时准确找出引发故障的真实原因，不仅要对控制室后台数据、电站故障录波记录、装置自身告警记录以及设计资料、竣工资料、装置说明书等进行综合分析，同时还应通过工程实体现场测量、并结合电站运行环境进行对比判断。并按照操作规程有步骤的收集汇总各项数据，对装置、线路进行细致的检测试验，逐一排除引发故障的可能因素，不断缩小甄别范围，以便得到正确的结论，彻底消除故障原因。

光伏电站每次故障发生时，不仅会造成电站的直接经济损失，甚至引发伤亡事故；也会对电网稳定运行造成冲击，甚至可能引发电网局部停电，造成不好的社会影响。为此，在电站建设过程中，EPC总承包单位的质量管理是重中之重，设计优化、图纸会审、物资采购、规范施工、工程验收等任何一个环节的管理缺失，都会对电站的建设质量埋下隐患；此外监理单位的监理质量、设备的设计制造质量对电站的建设一样影响很大。电站建成后运行人员的专业知识和业务能力，以及系统全面的运维制度对于电站的稳定运行，故障的快速识别影响更大。因此光伏电站在甄别故障原因、消除故障隐患的同时，最重要的是吸取经验教训，不仅要强化对主控室后台告警信息的收集，而且应该定期对电站装置故障灯是否亮起，查阅装置自身记录的异常信息、告警信息，还应定期检查装置自身各项参数设置、监测信息等是否出现异常。提前发现并处理装置及线路故障，避免停电故障出现。