太陽(yáng)能電站直流柜回路的監(jiān)控設(shè)計(jì)改進(jìn)分析

摘要：光伏發(fā)電可以減緩能源危機(jī)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展，但光伏電站也存有一些問(wèn)題，由于光伏電站多建設(shè)在偏遠(yuǎn)地區(qū)，氣候環(huán)境及地理環(huán)境都很差，很難運(yùn)用傳統(tǒng)值班人員監(jiān)控電站方式來(lái)管理電站，電站蓄電池也容易出現(xiàn)故障，需要管理蓄電池的運(yùn)行。所以，電站監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)工作十分重要，它能夠提升電站運(yùn)行可靠性。本文主要以某大型光伏發(fā)電站直流配電柜的實(shí)際使用為例，分析了該電站運(yùn)用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及存有的安全隱患，進(jìn)而提出改進(jìn)該直流配電柜進(jìn)線的方案和直流柜操作注意事項(xiàng)、光伏直流柜監(jiān)控裝置的總體設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能電站;直流柜回路;監(jiān)控設(shè)計(jì)

1引言

隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)工作的重視不斷提高，太陽(yáng)能被人們所關(guān)注，太陽(yáng)能和其他可再生能源不同，它具有很多突出優(yōu)點(diǎn)，它保護(hù)環(huán)境、能源豐富、就地取材。目前，太陽(yáng)能技術(shù)運(yùn)用的十分廣泛，特別是以電池技術(shù)為基礎(chǔ)的光伏技術(shù)，已經(jīng)成為太陽(yáng)能運(yùn)用領(lǐng)域最重要的技術(shù)。光伏電站的電池組件把照到其上面的太陽(yáng)能利用光伏效應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并聚集成直流電，再由逆變器將直流電轉(zhuǎn)為交流電，最后運(yùn)用升壓變壓器轉(zhuǎn)為滿足公共電網(wǎng)要求的交流電。本文針對(duì)某大型光伏發(fā)電站直流配電柜在使用過(guò)程中容易出現(xiàn)的問(wèn)題，提出了一種直流柜電纜接線方案，能夠排除直流配電柜安全隱患，提升直流柜運(yùn)行可靠性。

2太陽(yáng)能發(fā)電站的直流柜

某太陽(yáng)能發(fā)電站為減少直流電電纜數(shù)量，提升發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電效率，和可靠性，在光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變器和光伏組件間設(shè)置了直流匯流裝置，具體有直流配電柜與匯流箱，直流配電柜主要進(jìn)行二次匯流，匯流箱做一次匯流。該光伏電站直流配電柜的生產(chǎn)廠家在設(shè)計(jì)配電柜時(shí)，按照匯流箱負(fù)極正極依次接入直流柜接線端子方式進(jìn)線，這種接線方法方便匯流箱和接線端子相對(duì)應(yīng)，也容易整齊的排列，但會(huì)忽視線路里負(fù)極和正極間有密切接觸現(xiàn)象，電站在投入使用不久后，出現(xiàn)了負(fù)極、正極短路事故。

3直流柜常用的進(jìn)線方式和隱患

該太陽(yáng)能光伏發(fā)電站里，直流配電柜由電流表、二極管、斷路器、接線端子、光伏防雷器組成。該大型光伏電站的直流配電柜接線如圖1所示，各匯流箱的負(fù)極和正極依次交替和直流柜接線端子相連接，接線端子載流量滿足電站現(xiàn)場(chǎng)施工安裝要求。負(fù)極、正極交替接入直流柜的接法十分簡(jiǎn)單，方面電纜和總線一一對(duì)應(yīng)，檢測(cè)設(shè)備過(guò)程中也沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題，但該接法導(dǎo)致了負(fù)極與正極相互間出現(xiàn)緊密接觸，致使電站在投入使用過(guò)程中受外界因素影響作用下出現(xiàn)了短路事故。光伏電站停止運(yùn)行進(jìn)行檢修工作中，就出現(xiàn)了直流配電柜被燒毀事故。電站停止運(yùn)行后，電站一直保持脫網(wǎng)狀態(tài)，直流柜的各路斷路器均斷開(kāi)，僅有部分匯流箱里的斷路器是閉合狀態(tài)，匯流箱和直流柜接線端子相連接著，直流負(fù)極電纜和正極電纜間電壓是720V，電纜均沒(méi)有受潮或破損。電站停運(yùn)后，直流側(cè)一直保持開(kāi)路狀態(tài)，直流側(cè)的電壓范圍很大，受某個(gè)因素影響作用直流負(fù)極和直流正極拉弧產(chǎn)生概率迅速增大，直流負(fù)極和直流正極拉弧發(fā)生擊穿影響到了負(fù)極回路與正極回路，導(dǎo)致?lián)舸龤КF(xiàn)象出現(xiàn)，并發(fā)生一系列連鎖反應(yīng)，致使整個(gè)直流配低柜被全部燒毀。交流電弧和直流電弧不同，交流電弧過(guò)零點(diǎn)，直流電弧不會(huì)過(guò)零點(diǎn)。因?yàn)橹绷麟娀〔粫?huì)過(guò)零點(diǎn)，所以，電弧不容易被熄滅，相反，熄滅直流電弧非常困難。由此可見(jiàn)，設(shè)計(jì)直流配電柜系統(tǒng)中，負(fù)極和正極交替與端子相連的方式并非最佳方案，要不斷改進(jìn)方案設(shè)計(jì)。

圖1" 某光伏電站直流配電柜的進(jìn)線接線

4改進(jìn)直流配電柜進(jìn)線的方案

該光伏電站發(fā)生直流配電柜燒毀事故以后，經(jīng)過(guò)詳細(xì)分析，有關(guān)人員提出了改進(jìn)進(jìn)線方式方案，把原來(lái)直流柜里的負(fù)極和正極交替接線改為負(fù)極與正極分開(kāi)進(jìn)線安裝和接線。先集中各個(gè)匯流箱的所有負(fù)極與正極，并把它們分別裝在直流配電柜的左側(cè)和右側(cè)，配電柜左側(cè)和右側(cè)保持一定距離，且使用絕緣板做隔離。進(jìn)而有效防止直流柜負(fù)極與正極出現(xiàn)拉弧問(wèn)題。對(duì)改裝以后的直流柜接線，可以運(yùn)用接線銅排與端子兩種材料來(lái)安裝，圖2和圖3分別為直流柜進(jìn)線安裝端子接線改進(jìn)方案與直流柜進(jìn)線安裝銅排接線改進(jìn)方案。

圖2 直流柜進(jìn)線安裝端子接線改進(jìn)方案

圖3 直流柜進(jìn)線安裝銅排接線改進(jìn)方案

銅排安裝和端子安裝原理基本相同，不同的是它們各有其特長(zhǎng)，表1為接線端子與銅排兩種材料的運(yùn)用對(duì)比。

表1 接線端子與銅排兩種材料的運(yùn)用對(duì)比

5直流柜操作注意事項(xiàng)

5.1保證進(jìn)出線方式正確

大型光伏電站里，直流配電柜通常要裝在逆變器室內(nèi)。光伏電站直流側(cè)的電纜非常多，逆變器室要設(shè)有專門(mén)的電纜溝道供電纜鋪設(shè)，電纜需要經(jīng)過(guò)逆變器室的電纜溝道再和直流配電柜相連。與此同時(shí)，直流配電柜的輸出端也要利用電纜和逆變器相連。所以，大型光伏電站的直流配電柜要運(yùn)用從下方進(jìn)再?gòu)南路匠龅姆绞竭M(jìn)行接線，這種接線方式也具有較高科學(xué)性。

5.2注意直流電柜的降溫、排風(fēng)和防潮

通常情況下，大型光伏電站的直流側(cè)電流都非常大，為了加強(qiáng)電流柜的散熱與通風(fēng)，要在直流柜里裝設(shè)排風(fēng)扇。我國(guó)很多光伏電站都建在太陽(yáng)能資源較好的地區(qū)，例如：大西北地區(qū)，大西北地區(qū)冬季溫差較大，夜里氣溫較低，光伏電站的電氣設(shè)備都會(huì)處在停止運(yùn)行狀態(tài)，一定要采取有效的防凝露措施。

5.3直流柜接入電纜安裝要十分牢靠

太陽(yáng)能電站的光伏電纜要具有較強(qiáng)抗紫外線能力，較好的耐腐蝕性和導(dǎo)電效率。目前，市場(chǎng)上的光伏電纜多數(shù)是銅芯電纜，銅線電纜的絕緣層比普通電纜的鋪設(shè)工藝要復(fù)雜。所以，設(shè)計(jì)大型光伏電站的直流柜輸入端時(shí)要全面考慮電纜牢固安裝要求，注意電纜的固定工作，防止電纜懸于電流柜輸入側(cè)。如果電纜連接處長(zhǎng)時(shí)期受某種外力作用，很容易產(chǎn)生連接不牢固現(xiàn)象，導(dǎo)致電纜連接段的絕緣層被破壞，給直流柜使用留下安全隱患。

6光伏直流柜監(jiān)控裝置的總體設(shè)計(jì)

因?yàn)樘?yáng)能光伏系統(tǒng)多數(shù)運(yùn)用中性點(diǎn)不接地配電方式，按照IEC標(biāo)準(zhǔn)，光伏系統(tǒng)里要安裝具有較高可靠性的絕緣監(jiān)測(cè)裝置，進(jìn)而監(jiān)測(cè)光伏發(fā)電系統(tǒng)正常工作，同時(shí)，盡快加快故障消除速度。性能良好的監(jiān)測(cè)裝置既要可以預(yù)防絕緣故障，還要能隨時(shí)發(fā)送其測(cè)量數(shù)據(jù)，當(dāng)絕緣阻值比預(yù)設(shè)值小時(shí)，能夠發(fā)出警告信號(hào)。絕緣監(jiān)測(cè)裝置需要把系統(tǒng)絕緣阻值傳送至上位機(jī)，進(jìn)而方面預(yù)防故障與維護(hù)系統(tǒng)。監(jiān)控裝置監(jiān)控模塊所測(cè)得的電流值，當(dāng)設(shè)定安全值大于絕緣阻抗時(shí)，監(jiān)控裝置要能夠自動(dòng)報(bào)警，并提示故障信息，故障嚴(yán)重時(shí)可以直接傳送跳閘信號(hào)，使斷路器立即工作，并保存告警信息與故障信息，方便后續(xù)的故障查詢與排除。發(fā)電站監(jiān)控系統(tǒng)主要含有遠(yuǎn)程工控計(jì)算機(jī)與實(shí)時(shí)監(jiān)控單元兩部分。實(shí)時(shí)監(jiān)控單元就是光伏電流的監(jiān)控裝置，監(jiān)控裝置是為了實(shí)現(xiàn)本地監(jiān)控電站的直流信號(hào)，儲(chǔ)存信息并利用遠(yuǎn)程通信接口把信息傳給制定計(jì)算機(jī)。作為一個(gè)監(jiān)控裝置，必須具有全面完整的功能，不僅要具有較高可靠性，還要能夠和各種現(xiàn)場(chǎng)總線相互兼容，并快速傳送現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息。

7結(jié)束語(yǔ)

盡管我國(guó)在太陽(yáng)能電站直流監(jiān)控裝置設(shè)計(jì)方面已經(jīng)取得了一定進(jìn)步，但監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)還不完善，有許多工作要做。光伏電流監(jiān)控裝置設(shè)計(jì)很多內(nèi)容，對(duì)專業(yè)知識(shí)要求非常高，設(shè)計(jì)監(jiān)控裝置時(shí)難免存有不足，設(shè)計(jì)人員需要不斷加強(qiáng)理論知識(shí)學(xué)習(xí)，并注意多動(dòng)手實(shí)踐，不斷改進(jìn)監(jiān)控裝置設(shè)計(jì)方案。

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