何有山

摘 要：太阳能取之不尽，用之不竭，清洁安全，对于缓解日趋严峻的能源与环境问题具有重大的战略意义。随着太阳能光伏发电行业的发展，大量逆变型分布式光伏电源接入电网，光伏发电系统并网潜藏的故障逐步暴露。本文分析了工程现场光伏发电系统并网电弧放电和短路故障，然后提出了行之有效的纠正措施，解决了光伏发电系统并网故障，从而最大限度地节约维修费用和减少系统停机损失。

关键词：光伏发电;并网故障;电弧放电;短路故障;纠正措施

中图分类号：TM642文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）20-0145-03

Abstract： Solar energy is inexhaustible， inexhaustible， clean and safe， and has great strategic significance for alleviating the increasingly serious energy and environmental problems. With the development of the solar photovoltaic power generation industry， a large number of inverter-type distributed photovoltaic power sources are connected to the grid， and the potential faults of the photovoltaic power generation system are gradually exposed. This paper analyzed the grid-connected arc discharge and short-circuit faults of the photovoltaic power generation system on the project site， and then put forward effective corrective measures to solve the grid-connected failures of the photovoltaic power generation system， thereby maximizing the maintenance cost and reducing the loss of system shutdown.

Keywords： photovoltaic power generation;grid-connected fault;arc discharge;short-circuit fault;corrective measures

当前，世界能源形势紧迫，能源问题成为世界十大焦点问题之首。在能源日益匮乏的今天，太阳能因取之不尽、用之不竭、清洁安全的特点，对于缓解日趋严峻的能源与环境问题具有重大的战略意义。

随着光伏发电行业的发展，近年来，大量逆变型分布式光伏电源接入电网，光伏发电并网故障也备受关注[1]，光伏发电系统并网所产生的故障逐步暴露，如电器短路、电压波动、闪变、逆变器故障停机等，导致光伏发电系统不能正常并网的现象时有发生[2-3]。

逆变器是光伏电站并网中不可缺少的电能转换装置，它的控制技术直接影响光伏发电馈入电网的品质。根据相关国家标准[4]要求，通过10～35 kV电压等级并网的光伏发电功率因数应在超前0.98到滞后0.98范围内连续调节。业内有不少关于逆变器控制策略方面的研究[5-6]，逆变器厂家为了追求最大利用容量和最大发电量，常常会将并网逆变器的功率因数设定为0.99。由于光伏发电的功率波动性，逆变器的高功率因数运行对电网的稳定性造成威胁，有功不变时，无功几乎不能调节，需要额外的无功来维持电压。大量实践证明，逆变器输出轻载时，谐波会明显变大，在10%额定出力以下时，电流的总谐波畸变率甚至会超过20%。同时，光伏发电通过电力电内子逆变器并网，易造成三相电流不平衡，如果光伏發电系统线路发生故障，就容易造成光伏发电并网设备出现闪变或影响电网继电保护动作等。

本文结合工程实践中光伏发电并网时发生的事故进行分析和总结，并提出一些行之有效的纠正措施，从而最大限度地节约维修费用和减少系统停机损失。

1 并网柜电弧放电故障分析及处理

1.1 现场检查

某光伏发电工程调试和并网投运时，并网柜（4P10）进线母排上的连接电缆线鼻子出现电弧放电现象，经过现场检查发现，检查人员发现如下问题。

1.1.1 母线铜排。B相母线背面（从进线柜正面看）距离断路器接线端上部约40 mm的地方有电弧机上的凹坑痕迹，颜色发黑，中间部位右侧边缘也有一段距离约有50 mm的地方被电弧烧伤，出现发黑痕迹，其他两相铜排基本未发现异常现象，现场受损部位如图1所示。

1.1.2 外部连接电缆的线鼻子。外表面异常表现为线鼻子表面有不少电弧击伤的斑点和拉弧放电点，如图2所示。

1.1.3 断路器。上表面右下侧边缘处有一片状、长形、不规则的薄金属渣，受高温作用影响，断路器外表面有轻微烫伤痕迹，其他部分未见明显异常发生。

1.2 柜内元器件性能测试

为了检查并网柜受损情况，现场对柜内元器件性能进行测试。

1.2.1 断路器绝缘电阻测试。经输入端（单相）对地及相间绝缘电阻测试，绝缘电阻均保持在100 MΩ以上，断路器绝缘材料未发生异常。

1.2.2 断路器各相通断性能测试。合闸后，断路器上、下端能够正常接通，用万用表测试电压线，电压显示407 VAC;分闸后，测试电压线，电压显示为0 VAC。经测试，断路器未发现异常。

1.2.3 互感器二次线圈电阻值测试。测试电阻为0.3 Ω，线圈绝缘未见异常。

1.2.4 柜门仪表测试。显示仪表直流电上电测试，多功能表显示未见异常，仪表本身未受到损伤，直流回路2个熔断器正常。断路器合闸后，由于并网柜前端逆变器未投运，无电压、电流，闭合控制回路熔断器开关，仪表电压显示为0 VAC，经测试检查，检查人员发现，控制回路中直接从交流回路取电的12个熔断器全部熔断。

1.3 问题分析

下面针对出现的问题进行分析。其一，B相铜排内测的伤痕不会是对地放电产生的拉弧，原因为受损点距离金属固定背板距离大于40 mm，满足并超过相关国家标准要求的电气间隙[7]。其二，3台互感器外表面损伤轻微，只是表面的颜色发生变化。固定互感器的螺钉受到高温电弧击伤熔化，固定螺钉与各相铜排绝缘，并且距离满足相关标准要求，没有短路迹象。其三，线鼻子上出现击伤斑点较多，而且有电弧击伤拉弧痕迹，初步判断，电弧火花从此处产生，其他地方的电弧烧伤均由其引起。电弧火花跌落到断路器外表面、铜排内侧等，造成其他部位受损，由于弧光影响，柜门上喷漆及控制电缆受到弧光照射而变色。

经过查阅图纸，本项目并网柜系统设计最大电流值不足800 A，所用的电缆截面积为630 mm2;经查阅国家标准，本项目电缆环境温度在40 ℃时的允许持续载流量为1 008 A[8]。

经初步判断，断路器输入回路中曾出现很大的冲击电流，远超出并网柜能承受的载流量值。

根据逆变器厂家提供的技术资料及以上分析，初步判断事故原因。本次事故的原因是逆变器及变压器组在启动瞬间造成涌流，导致并网柜内电缆过负荷，引起系统中电缆连接处的气隙电离，引发放电;并网柜断路器的过载保护电流值在设计时未考虑，仍保持出厂设置值1 250 A，偏大，不能很好地起到保护作用。

根据事故原因分析，本工程项目中涉及并网用的8台规格为T7M 1250A的断路器设置采取如下纠正措施：断路器L段保护（过载保护）设为1 000 A，延时3 s，增强过载保护线路的能力;断路器S、I段保护选择如下方式，即I瞬时短路保护，短路电流保护设置4.5倍输入值，即为4 500 A。

采取上述预防措施，并对受损部分进行修复处理后，系统并网故障成功解决，本光伏发电系统成功并网。截至目前，本光伏发电系统运行正常。

2 光伏发电短路故障分析及处理

对于另一光伏发电工程，业主反馈，在投运并网时，交流柜在闭合断路器时瞬间发生爆响、断路器脱扣事故。经过现场勘查，业主已对故障现场进行处理，具体如下：X1端子上有部分线缆未接，处于悬空状态，温控器控制异常;业主已将断路器下端连接电缆拆除;经现场测试，接触器A、B相触点黏连，无法正常断开;与交流柜相连接的变压器（由另外其他厂家提供）二次侧N相未引出，而实际的变压器连接方式为Dyn11，按照标准[9-10]要求，二次侧中性线N相是需要引出来的。

经过现场排查，系统并未出现其他异常情况，对接线端子上的二次线进行重新连接，同时修复接触器的触点。确认交流柜没有其他问题后，断开交流柜中断路器与变压器的连接线，重新闭合接触器和断路器，未发现异常，能够正常送电，由此判断本次接触器发生爆声故障的原因不在交流柜，初步判断其为上级回路变压器侧故障所致。

经过逐项分析和测试，故障原因为与逆变器输出连接的变压器一次侧B、C电缆接线错误，导致B、C相间短路，如图3所示。

事故原因查清楚后，采取纠正措施，改正错误接线，重新测试变压器性能，未见异常。重新将变压器二次侧电缆与交流柜连接，重新上电，设备投运正常。

由于本工程供电系统交流侧电源设计为TN-S接地系统，采用的是三相五线制接线，变压器连接组别为Dyn11方式，二次侧应该引出N相线接至交流柜N相铜排上。但是，用户并未将此N相引出，不符合标准要求。检查人员随将此项问题反馈到项目业主处理。

3 结语

本文在分析了光伏发电系统并网故障的基础上，提出了纠正措施，使光伏发电系统顺利并网发电。本文所给出的故障排除方法和糾正措施值得行业内工程技术人员借鉴，避免发生类似光伏发电并网故障。

参考文献：

[1]赵争鸣，雷一，贺凡波，等.大容量并网光伏电站技术综述术综述[J].电力系统自动化，2011（12）：101-107.

[2]赵平，严玉廷.并网光伏发电系统对电网影响的研究[J].电工技术，2009（3）：41-44.

[3]李文才，彭程.分布式光伏电源并入配电网的故障分析及保护研究[J].机电工程技术，2019（6）：186-188.

[4]中国电力工业联合会.光伏电站接入电力系统技术规定：GB/T 19964—2012[S].北京：中国标准出版社，2012.

[5]陈锴，杨逸，尚锦萍.光伏发电系统并网逆变器控制策略研究[J].自动化仪表，2020（1）：46-50.

[6]王宾，张健.光伏发电站并网逆变器代替SVG集中式无功补偿装置探讨[J].四川水力发电，2019（6）：114-117.

[7]中国电器工业协会.低压开关设备和控制设备 第1部分：总则：GB 7251.1—2013[S].北京：中国标准出版社，2013.

[8]中国电力工业联合会.电力工程电缆设计规范：GB 50217—2018[S].北京：中国计划出版社，2018.

[9]中国电器工业协会.电力变压器第11部分 干式变压器：GB 1094.11—2007[S].北京：中国标准出版社，2007.

[10]中国电力工业联合会.电气装置安装工程 电气设备交接试验标准：GB 50150—2006[S].北京：中国计划出版社，2006.