并網(wǎng)光伏電站常見故障和隱患

文|石斌

光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)是當(dāng)今世界光伏發(fā)電的趨勢，近幾年，隨著國家一系列光伏鼓勵政策相繼出臺，國內(nèi)光伏電站建設(shè)步伐逐步加快，越來越多的電站實現(xiàn)了并網(wǎng)。除了前期對光伏電站優(yōu)化設(shè)計外，建成后人力所能控制的就是最大限度地減小發(fā)電系統(tǒng)故障帶來的損失，能夠及時排查故障和簡單維護(hù)顯得尤為重要。電站運維中存在的主要問題在眾多文獻(xiàn)中均有描述，本文是對發(fā)電系統(tǒng)各設(shè)備的故障隱患和故障類型進(jìn)行了匯總。

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)主要設(shè)備及其功能

并網(wǎng)光伏電站是指連接成若干陣列的光伏組件，經(jīng)太陽光照射后輸出直流電力，再通過匯流箱并聯(lián)若干電池組串以提高電流，電流達(dá)到逆變器額定電流后，通過并網(wǎng)逆變器將光伏組件輸出的直流電逆變成符合電網(wǎng)需求的交流電，最后經(jīng)過配電裝置后接入電站升壓變壓器，通過變壓器將電壓升高至符合電網(wǎng)要求的電壓等級后并入電網(wǎng)。

并網(wǎng)光伏電站發(fā)電系統(tǒng)一般由光伏組件陣列、匯流箱、并網(wǎng)逆變器、交直流配電系統(tǒng)、變壓器等設(shè)備構(gòu)成，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)基本構(gòu)成

光伏組件。光伏組件是指具有外部封裝及內(nèi)部連接、能單獨提供直流電輸出的最小不可分割的太陽能電池組合裝置，其作用是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。目前電站常用的晶硅電池組件為單晶組件和多晶組件。

光伏防雷匯流箱。光伏防雷匯流箱安裝于太陽能電池方陣陣列內(nèi)，它的主要作用是將太陽能電池組件串的直流電纜，接入后進(jìn)行匯流，再與并網(wǎng)逆變器或直流防雷配電柜連接。

并網(wǎng)逆變器。光伏并網(wǎng)逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的核心部件，其功能是將光伏方陣產(chǎn)生的直流電（DC）逆變?yōu)槿嗾医涣麟姡ˋC），輸出符合電網(wǎng)要求的電能。目前地面電站用到的主要有組件式逆變器和集中式逆變器兩大類。

交直流配電系統(tǒng)。交直流配電系統(tǒng)主要用于控制站內(nèi)電能的連通、斷開，分配及交換，保證系統(tǒng)的正常供電，同時還有對線路電能的計量，一般有380V、10KV、35KV等電壓等級。

變壓器。變壓器是利用電磁感應(yīng)的原理把交流電壓轉(zhuǎn)換成相同頻率的另一種交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級線圈、次級線圈和鐵芯（磁芯）。

光伏發(fā)電系統(tǒng)各設(shè)備故障隱患

光伏組件和支架。目前知名企業(yè)的光伏組件都通過了第三方測試機(jī)構(gòu)認(rèn)證，產(chǎn)品質(zhì)量比較有保障，但由于支架結(jié)構(gòu)問題或安裝不規(guī)范，會造成組件承載能力減弱。在電站運維中光伏組件或支架出現(xiàn)以下問題時也可能會造成重大故障：組件出現(xiàn)電勢誘導(dǎo)衰減；光伏組件接線盒密封性能下降；組件邊框接地不規(guī)范，支架基礎(chǔ)未進(jìn)行有效的防腐處理；組件表面存在塵土或其它物質(zhì)造成的局部遮擋；組件間的連線未留伸縮長度，冬季易拉斷，有風(fēng)時容易磨損。

光伏防雷匯流箱。電站運行一段時間可能會出現(xiàn)以下問題：匯流箱出現(xiàn)變形、銹蝕、漏水、積灰等現(xiàn)象；匯流箱內(nèi)各個接線端子出現(xiàn)松動、銹蝕現(xiàn)象；直流匯流箱內(nèi)的高壓直流熔絲的規(guī)格不符合設(shè)計規(guī)定；直流輸出母線的正極對地、負(fù)極對地的絕緣電阻小于2兆歐；匯流箱內(nèi)防雷器出現(xiàn)故障。

并網(wǎng)逆變器。逆變器是進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵設(shè)備，其效率指標(biāo)等電氣性能參數(shù)，將直接影響光伏組件的發(fā)電量，出現(xiàn)故障后造成的發(fā)電量損失也較大。逆變器運行時出現(xiàn)較大振動和異常噪聲，或是逆變器中直流母線電容溫度過高或超過使用年限時應(yīng)引起注意。

交直流配電系統(tǒng)。交直流配電系統(tǒng)的故障隱患主要有：母線接頭應(yīng)連接不緊密，出現(xiàn)變形，有放電變黑痕跡，絕緣松動，緊固聯(lián)接螺栓生銹；手車、抽出式成套配電柜推拉不靈活，有卡阻碰撞現(xiàn)象；動靜頭與靜觸頭的中心線不一致；檢驗柜、屏、臺、箱、盤間線路的線間和線對地間絕緣電阻值，饋電線路小于0.5兆歐，二次回路小于1兆歐。

變壓器。變壓器出現(xiàn)以下現(xiàn)象時易發(fā)生故障：運行時漏油、油位過高或過低、油溫異常、聲響不正常及冷卻系統(tǒng)不正常；大風(fēng)天時，引線會有劇烈擺動；大雪天時，各部觸點在落雪后，有立即熔化或放電現(xiàn)象；大霧天時，各部有火花放電現(xiàn)象等。

交直流電纜。電纜應(yīng)在正常負(fù)荷下運行，出現(xiàn)以下現(xiàn)象時應(yīng)引起注意：電纜的鉛包出現(xiàn)膨脹、龜裂現(xiàn)象；電纜在進(jìn)出設(shè)備處的部位封堵不規(guī)范；電纜保護(hù)鋼管口有顯著的凹凸不平，金屬電纜管出現(xiàn)嚴(yán)重銹蝕；電纜直角轉(zhuǎn)彎，且壓在支架上，有絕緣破損，接地風(fēng)險；設(shè)備房內(nèi)的電纜有滲水與積水現(xiàn)象。

光伏電站常見故障類型

部分支路電流偏低。支路電流偏低通常有三種情況，一是該支路光伏組件出現(xiàn)破損或二極管損壞；二是該支路光伏組件存在被遮擋問題；三是該支路測控模塊通訊異常導(dǎo)致顯示錯誤。

部分支路電流為零。支路電流為零在監(jiān)控中較為常見，故障原因通常有以下四種情況，一是該支路光伏組件出現(xiàn)接線頭燒毀或開路；二是該支路光伏組件有二極管燒毀；三是該支路正、負(fù)極保險燒毀；四是該支路測控模塊通訊異常導(dǎo)致顯示錯誤。

部分支路電流持續(xù)一段時間不變化或者跳變。支路電流長時間不變化或者跳變通常有兩種可能，一是通訊故障；二是該支路測控模塊的地址、波特率等參數(shù)設(shè)置錯誤所致；

匯流箱所有支路電流為零。出現(xiàn)匯流箱所有支路電流均為零現(xiàn)象，首先應(yīng)確認(rèn)是否是由于通訊故障引起，若通訊正常，再進(jìn)一步排查匯流箱是否燒毀、防雷模塊是否損壞、測控模塊供電電源是否出現(xiàn)故障、是否由于斷路器機(jī)械磨損導(dǎo)致跳閘等原因。

逆變器數(shù)據(jù)為零。出現(xiàn)匯流箱數(shù)據(jù)為零故障，可依次通訊是否出現(xiàn)故障、熔斷器熔絲是否失效、是否出現(xiàn)直流過壓保護(hù)、是否由于組件連接線接地造成斷路器跳閘等原因。

逆變器屏幕沒有顯示。逆變器屏幕沒有顯示，首先應(yīng)確認(rèn)線路連接是否正常，如組件串間是否接觸良好、輸入端子是否接反、直流開關(guān)是否合上、組件是否存在短路現(xiàn)象；若以上均無問題，查看是否是由于組件電壓不夠，組件電壓和太陽輻照度有關(guān)，低于100V時，逆變器不工作。

光伏電站的運行故障分析是光伏電站運維管理必不可少的工作，是優(yōu)化電站設(shè)計、提高太陽能利用率的有效途徑，對并網(wǎng)光伏電站的高效穩(wěn)定運行，長期發(fā)揮效益具有重要作用。本文首先介紹了光伏發(fā)電系統(tǒng)主要設(shè)備，然后結(jié)合日常運維工作，著重從故障隱患和故障類型兩方面進(jìn)行了闡述，希望對電站運維人員有所幫助。