顾青

摘 要：光伏系统直流故障电弧能够直接引发火灾，所以对于光伏系统直流故障电弧的特性应该进行深入的分析和研究，从而提升光伏系统运行的可靠性和稳定性。本文作者根据自身研究光伏系统多年的实际经验，对光伏系统直流故障电弧展开了深入的调查和分析，并结合实际情况给出光伏系统直流故障电弧的防治措施，希望能對相关故障的防范起到一定的参考作用。

关键词：光伏系统；直流故障；电弧

引言

随着新能源技术的推广力度不断加强，太阳能光伏发电系统的装机量也得到了质的提升。作为一种清洁能源，光伏系统的发电有着发电功率强，同时应用较为方便等天然优势。然而光伏发电系统之中，还存在着直流故障电弧发生的问题，导致光伏系统在使用过程之中容易对食用者的人身生命财产安全造成一定的威胁。因此如何有效的防治光伏系统直流故障电弧问题就成了光伏系统应用的重中之重。

一、光伏系统直流故障电弧的危害

故障电弧是一种存在与光伏系统之中的气体放电现象，一旦电流通过光伏系统之中的绝缘介质时，会产生瞬间的火花现象，这种火花现象就被称为电弧。而如果这种放电火花现象产生在光伏系统设计的预期之外，就被称为故障电弧现象。目前光伏系统采用的发电装置均为直流电发电形式，因此光伏系统之中的故障电弧现象也被成为光伏系统直流故障电弧。于其它故障电弧相比，光伏系统直流故障电弧缺乏一定的规律性，而且没有相位改变造成的闲歇性周期。也就是说，光伏系统一旦产生了直流故障电弧，电弧造成的高热现象就会一直维持，而整个故障电弧所产生温度可以高达1000℃，不仅会对光伏系统造成功能性上的损坏，同时也会使光伏系统附近的物质被加热，一旦达到燃点就会发生点燃起火的现象，造成严重的火灾，造成严重的经济损失[1]。

二、光伏系统直流故障电弧的研究进展

光伏发电与风力发电和潮汐能发电等发电形式为当前世界紧张的能源使用局势提供了有效的解决办法，其中，光伏发电主要应用取之不尽用之不竭的太阳能进行发电，得到了全世界能源开发领域的广泛关注。然而光伏发电系统由于系统运行时间过长以及运行元件老化等因素的影响，不断发生光伏系统故障的现象，对于这些故障进行分析和研究，发现光伏系统直流故障电弧是引起故障和事故的主要原因之一。因此，对于光伏系统直流故障电弧的研究也就势在必行了。由于当前我国使用的光伏电池在输出时，电流较为恒定，而光伏发电系统的串联故障电弧的特征也明显不同于电压源作用之下的电弧。当前国内外对于光伏系统直流故障的研究，很多都是不能直接应用于直流故障电弧的判断和处理之中，但是研究方法可以在研究串联电弧故障之中被借鉴。目前，对于故障电弧的检测方法共有两种，第一种是针对于电弧本身的特性，采用的是电流电压的波形变化检测方法，另一种是基于故障电弧频率的特性，来对于电弧进行频率的探测。然而这两种方法也存在着一定的问题，那就是方法在应用过程之中，非常容易产生判断失误的情况。因此，如何能研究出一种有效的方法来对于光伏系统直流故障电弧进行有效的检测和及时的处理，就成为新能源利用领域的重点问题之一[2]。

三、光伏系统直流故障电弧的主要特性

光伏系统的直流故障电弧与光伏系统交流故障电弧不同，其没有电弧的平肩部特性，所以对于其的研究方法以及防治措施应该与光伏系统的交流故障电弧电流的处理措施不同。直流故障电弧的伏安特性呈现出一定的非线性特征，所以这种故障电弧的产生有着高度的不确定性，这也是我们之前所说容易出现判断失误的情况的主要原因。这也导致了对于故障电弧产生的时间以及位置难以进行精确确定。而故障电弧的伏安特性也决定了当电弧的电流量加大时，其温度会不断的升高，导致整个弧道截面面积变大，从而使光伏系统之中的电阻降低，使故障电弧的静态特性下降，破坏弧道内部电弧的动态平衡，从而使电弧处于高度不稳定的状态。在这种情况下，直流电弧产生放电现象，从而提升光伏系统之内的电流密度，并且会伴随着电磁辐射现象的产生。同时，由于光伏发电系统是由很多个光伏电池方阵共同组成的，其直流电压的输出会产生非常强的电场，从而提升电弧发生的几率。这种电弧一旦发生，会使光伏系统之中的温度与能量不断提升，另外，由于光伏电池存在着一定的恒流源特性，所以电弧产生后，不会在进行电流量的下降，而是会处于一直保持不变的情况。同时，由于光伏系统的系统组成较为复杂，所以光伏系统直流故障电弧的特性很难能够有效概括，这也需要研究人员和技术人员的不断努力，才能对于直流故障电弧的主要特性进行更深入的了解和掌握。

四、光伏系统直流故障电弧的防治措施

（一）串联故障电弧的防治措施

这种故障电弧的防治措施较为简单，只需要围绕着串联故障单户的主要特性进行防治即可。由于这种故障电弧只要在一个光伏系统回路内部产生，都会通过回路之中的电流信号传播到其他的地方。也就是说，在防治的过程之中，只需要将产生串联故障电弧的回路进行切断或者在故障电弧产生的回路之中加入电阻系数较高的串联电阻，就会起到降低或者消除回路之中电流的效果，而故障电弧也会随着回路中电流的减小而熄灭。然而这里要注意的是，虽然这种方法比较简单并且有效，但是在实际应用的过程之中，还是要考虑到光伏系统串联故障电弧产生的原因和实际光伏供电系统的环境，设计更加有针对性的防治措施，从而使防治措施能够起到预期的效果，减少因为串联故障电弧对于电力设施的破坏[3]。

（二）并联故障电弧的防治措施

并联故障电弧的防治措施较串联故障电弧的防治措施较为复杂，主要原因在于冰点故障电弧一旦产生就很难被切断。然而在经过对于故障电弧的研究之中总我们可以发现，并联故障电弧的建立方式一般有三种形式，第一种形式在于汇电箱发生并联故障电弧；第二种形式在于跨线路之间产生并联故障电弧；第三种形式是在光伏系统的线内产生并联故障电弧。三种故障形式因为其电弧产生的位置不同，其检测方式和防治手段也均不相同。对于汇电箱之上发生的故障电弧，可以采用时频结合的形式进行防治，对于跨线路之间产生的并联故障电弧，可以采用增阻复检法进行防治，对于线内产生的并联故障电弧，可以采用后断前减法进行检测和防治。在这里要注意的是，三种检测与防治的方法都存在着一定的不足和问题，同时方法实施也需要环境和条件的不断配合，所以在实际应用过程之中，应该对于光伏系统故障产生的时间与位置进行深入分析，并根据生产的实际需要进行选择。

通过对于光伏故障电弧的检测与防治措施之中我们可以看出，故障电弧防治措施的制定不能够陷入思维定势，应该对于实际故障产生的原因和形式进行综合分析，同时也应该对其安装的环境条件以及光伏系统的电力需求进行多元化分析，从而能够找到光伏系统故障电弧产生的根本原因，更好的做好光伏系统直流故障电弧的防治工作[4]。

五、结束语

本文以光伏系统直流故障电弧的危害，对于光伏系统直流故障电弧的研究进展进行了深入的论述，同时介绍了光伏系统直流故障电弧的主要特性以及有效的防治措施，进而为相关技术人员防止光伏系统直流故障电弧提供有效的理论参考，促进相关行业的深入发展。

参考文献

[1]夏明晔，薛峰，谭飞，管瑞良. 光伏系统直流故障电弧检测装置的研制[J]. 电器与能效管理技术，2018，（10）：80-84.

[2]牟龙华，王伊健，蒋伟，张凡. 光伏系统直流电弧故障特征及检测方法研究[J]. 中国电机工程学报，2016，（19）：5236-5244，5405.

[3]林方圆，苏建徽，赖纪东. 光伏系统直流故障电弧识别方法研究[J]. 电工电能新技术，2015，（12）：7-13.

[4]张国军，杨东建，季淑洁，张信. 光伏系统直流串联故障电弧特征研究[J]. 测控技术，2018，（6）：47-50，54.