国家电投河北电力有限公司承德分公司 高新杰

光伏电站汇流箱是大型光伏电站最基本的电量汇集单元，汇流箱监测单元作为核心部件不仅负责采集箱内电量、温度及开关量，还要对汇流箱进行故障诊断，最终将这些采样数据及故障诊断结果通过485通讯上送到44后台供用户决策。因为受到光伏组件及汇流箱体的遮蔽且受到支架上接闪器的保护，所以监测单元不会遭受直击雷的损坏，只会受到强烈雷电电磁脉冲的侵袭。虽然箱内具有电源防雷器及通讯防雷器来应对雷电电磁脉冲的侵袭，但是监测单元依然经常发生强弱电模块之间的绝缘被击穿或RS485通讯模块失效的现象，这种情况无论对用户还是厂家而言都造成巨大的损失。针对光伏汇流箱监测单元的常见雷击事故进行详细分析并提出相应改进措施。

1 现状分析

监控工程属于前期施工，监控录像机由IPC网络摄像头来组成，整体架构属于两台DVR监控录像机通过网络来管理录取图像。整体监控产品施工没有问题，且因网络监控和光伏网络数据通讯两条网络数据通过一条环网光纤合并在同一个交换机上，造成网络监控延时、网络通讯故障频发。

问题分析：现有有6台摄像机无视频图像，部分视频监控遇雷击、防雷模块损坏，部分光收发器损坏。1号逆变器室与2号逆变器室视频监控光收发器损坏，插到交换机之后造成主控后台通讯瘫痪，拔掉视频监控网线主控后台通讯恢复正常。分析原因，属于视频监控故障造成主控后台通讯瘫痪，因为网络视频监控通讯和光伏网络数据通讯在同一条光纤下，所以造成主控后台整体瘫痪无数据。

解决方案：对于现有网络拓扑结构进行从新升级改造，网络摄像头与光伏网络通讯分开走网，使双方通讯配置互不干扰，既大大增加双方带宽又提高通讯的稳定性。站内监控主交换机采用核心光交换机，12光、12电口、三层交换、支持VLAN、背板带宽充分，采用SFP插拔光模块。局端用光缆热熔接，降低损耗。局端采用2光4电千兆光交换机。SFP模块对端使用。网络结构优化简洁美观，故障率降低，交换机均为千兆模块口，加电口，带宽每口均大于或等于1.25G。交换机均为工业级产品，耐高温、寿命长、容错率低、带纠错、电源适应范围宽。多电口备用，为增加扩展做容量。

2 原因分析

绝缘击穿事故分析。由于电压监测模块用于监测母线电压，额定电压值为1000VDC，故属于强电部分，而RS485通讯模块则属于弱电部分，从设计布局来看强弱电模块之间本身具有6kV的耐压能力。根据《CGC/GF002：2010光伏汇流箱技术规范》要求，电源防雷标称放电电流In应大于等于20kA，电压保护水平小于4kV。汇流箱内的电源防雷器由三个模块构成，分别为电源防雷+、电源防雷-、电源防雷PE，三个模块形成正对负、正对地、负对地三种保护模式。如果电源防雷器起到保护作用将残压限制到4kV，那么电压监测模块与通讯模块之间的绝缘是不应被击穿的，但事实并非如此。

造成强弱电模块绝缘击穿的原因分如下：在光伏电站中接地电阻不超过4Ω，假设汇流箱正极遭受雷电电磁脉冲侵袭，此时电源防雷+和电源防雷PE动作。实际工程中一般不大于20kA，则电源防雷+和电源防雷PE之间的电压不应超过电压保护水平。汇流箱遭受雷电电磁脉冲侵袭后很多监测单元上电压测量模块与485通讯模块之间的绝缘被击穿。当RS485总线上遭受雷击时，由于TVS管动作时间小于等于1ps，而陶瓷气体放电管动作时间小于等于100ns，故TVS管先于陶瓷气体放电管动作。针对通讯装置元器件烧损与汇流箱检测模块失效的现象问题，目前产品主要有网络避雷器和信号避雷器，光伏发电站逆变室的通讯装置与汇流箱检测模块RS485通讯线之间，选用信号避雷器能起到对通讯装置保护。

表1 避雷器参数

3 光伏电站通讯装置故障解决措施

定期检查参数设置。一般汇流箱通讯参数主要涉及到站地址、波特率及通讯协议，其中汇流箱通讯参数地址根据上位机定义进行一系列的设置，如1号汇流箱可以设置为01，依次进行类推；波特率需要根据汇流箱说明书进行科学性的选择设置，一般波特率为9600；通讯协议需要依据设备说明书具体情况进行合理性的设置，一般选择modbus通讯协议。由此可见，定期检查参数设置可以确保光伏电站通讯装置稳定的运行，也是确保光伏装置功能得到有效发挥。

通讯电缆接线检查。汇流箱RS-485通讯组网进行连接时，仅需将A、B、屏蔽层接至端子排对应端子即可，且满足以下要求：通讯电缆需要用双绞，目的为了有效地屏蔽电缆，端子屏蔽层也要利用有效的方式剥离干净，为了保证通讯端子螺丝可以直接压接在屏蔽层，减少通讯线虚接现象的发生；通讯电缆屏蔽层应连续，通讯电缆需要利用菊花链即手拉手的方式进行连接，屏蔽层之间也要可靠连接在一起且屏蔽层必须接大地；A、B接线时一定要认真进行检查以及核实，避免接反现象的出现，A与B主要是双绞接线；485通讯网络接线必须采用菊花链即手拉手方式，不能采用星形。

4 逆变器室交换机故障技改方案

网络设备涉及到的防雷工作也是当下亟需解决的问题，由于夏季雷雨天气比较频繁，也使增加网络运营设备对雷电防御难度系数不断增加，也是促进交换机防雷相关方案的不断优化，有利于降低雷击带来不必要的损失。

表2 网络电源二合一避雷器参数

通过对太网交换机在具体实际工程使用进行针对性的研究，可找到雷电造成设备故障的两方面因素：一方面，电源线以及双绞线对雷电敏感度高以及两者和雷电产生一定程度的感应，也造成设备不同程度的损害；另一方面，雷电电流渗到地面过程中，接地电阻的存在造成严重的压降现象，迫使地电位不断升高，反向击穿设备。为此，严格遵循相关国内外优秀的防雷标椎，对网络交换机采取行之有效的防雷保护措施。针对逆变器室交换机故障问题，目前产品主要有网络电源二合一避雷器，如光伏发电站逆变室的交换机故障，选用网络避雷器能起到对电站逆变室交换机的保护作用。