光伏直流SPD常見問題及注意事項簡析

任 恒,劉國臻,龔家軍,周 華,呂蓓蓓,郭金良,陽振宇

(1.十堰市氣象局，湖北十堰 442000；2．國網湖北十堰供電公司，湖北十堰 442000)

光伏發電站通常建設在空曠、日照充足、地勢較高的地區，通常這種地區也是雷電的高發區，因此，光伏發電站的防雷顯得尤為重要。光伏直流SPD是太陽能光伏設備防雷保護的主要裝置之一。對于光伏直流SPD一些專家也做出了相應的研究。王逢士，周岐斌[1]根據有關論標準和規范,對光伏SPD進行了過載特性試驗，分析了試驗現象和試驗結果，對光伏直流SPD的研究開發給出了指導性意見。李斌，竇俊杰[3]對我國首部新能源光伏系統電涌保護器的國家標準GB/T18802.31—2016《低壓電涌保護器特殊應用(含直流)的電涌保護器第31部分:用于光伏系統的電涌保護器(SPD)性能要求試驗方法》進行了解讀。

隨著我國光伏發電產業的迅速發展，直流SPD產品的市場需求也不斷擴大，但在產品的研究和測試方法技術上都相對滯后，部分生產商直接將交流SPD生產技術做一些簡單調整后用于生產直流SPD，致使產品存在一定程度的缺陷。以檢測工作中所遇到的此類光伏直流SPD為例，簡要分析其存在問題和檢測時的注意事項，并給出一些建議和意見。

1 光伏直流SPD簡介

對于太陽能光伏系統設備，由于遭受雷電流沖擊或上游電源系統開關操作而引起感性或容性的耦合電壓，因此產生的電涌可能會損壞光伏發電模塊和逆變器等裝置，將給光伏系統的運轉造成嚴重后果，光伏直流SPD是專門為此而研制的一種電涌保護裝置，對感應雷和直擊雷影響或其他瞬時過電壓的電涌進行保護，最高工作電壓可達1 200 V。其裝有耐高壓的直流熔斷器和斷路器共兩級安全保護裝置，正極負極都具備雙重防雷功能，可同時接入多路太陽能光伏陣列，具有安裝維護簡單、方便，使用壽命長的特點。

1.1 光伏直流SPD的原理

光伏直流SPD的作用是限制瞬態過電壓和分泄電涌電流，它采用一種非線性特性極好的壓敏電阻元件，在正常情況下，SPD處于極高的電阻狀態，漏流幾乎為零，從而保證電源系統正常供電。當電源系統出現電涌過壓時，SPD立即在納秒級時間內導通，將過電壓的幅值限制在設備的安全工作范圍內，同時將電涌能量泄放入大地，隨后SPD又迅速變為高阻狀態，從而不影響正常供電。

1.2 光伏直流SPD的分類

1.2.1 普通型 額定短路電流一般為300 A，內部脫離器脫離時產生的電弧不會造成設備的安全危險。

1.2.2 帶直流滅弧技術型 額定短路電流可以達到1 000 A，內部脫離器脫離時產生的電弧會造成設備的安全危險，要求有直流滅弧裝置，行業內有電子式滅弧、機械式滅弧等方式，電子式滅弧以SCI技術為代表性，機械式滅弧比SCI技術少了開關切換過程，降低了故障率，確保滅弧的成功率。

1.2.3 免后備熔絲型 SPD在使用時需要安裝過電流裝置(熔斷器、斷路器等)，其作用是當SPD不能切斷工頻短路電流時，可以避免SPD過熱和損壞。但在實際工程使用中配置多大的后備保護裝置一直存在疑義，矛盾較多，配置的后備熔絲往往無法耐受SPD正常工作時流過的電涌電流，針對這種情況，在原有的防雷性能基礎上將后備熔絲做到SPD模塊內部，將后備熔絲與SPD的功能進行整合。

2 光伏直流SPD常見問題及注意事項

目前直流SPD的檢測，主要包括查看常規外觀脫扣裝置以及對SPD的啟動電壓和漏電流的靜態參數檢測，并根據規范規定的參考值，對SPD的實際性能作出較為準確的評估。在對十堰某光伏電站的防雷設施進行檢測時發現,該電站光伏匯流箱內均安裝有一臺直流SPD，廠家提供的這款QD-F/2DC40普通型直流SPD電路圖如圖1所示，在SPD模塊外觀上標識為：Uc:～1 000 Vdc，In:20 kA(8/20 us)，Imax:40 kA(8/20us)，Up:≤2.0 kV。

圖1 廠家提供的光伏直流SPD電路圖

2.1 常見問題

2.1.1 接地端口 結合圖1并從該款光伏直流SPD的外觀可以看出，這款直流SPD共有三個接地標識和接地端口，如果安裝人員將地線接在下方任意一個端口上，就會造成L相或N相都沒有和PE相的壓敏電阻串聯，從而達不到設計啟動電壓標準，造成模塊頻繁啟動，降低使用壽命。在安裝此類光伏直流SPD時應注意，安裝前應使用萬用表檢查下部兩個接地端口是否和PE相導通或等電位，若不導通,說明該SPD無法保護光伏設備,應停止安裝，以免造成不必要的損失；若導通，應將地線連接在PE相接地端口上，使L相或N相模塊內的壓敏電阻和PE相內的壓敏電阻串聯，從而達到設計要求的啟動電壓值。所以在設計和生產時，光伏直流SPD下部的兩個接地端子不應開孔，若已開孔應不標識或蓋住端口孔。

由于光伏直流SPD采用的是L相和N相都和PE相串聯的方式來保護線路，在實際運行和工作中有可能L和N兩相同時遭受雷擊電涌或上游電涌的沖擊，那么，此時PE相所受到的電涌沖擊為L相或N相的二倍，長期以往會加速PE相壓敏電阻的劣化和產品的脫扣。因此，建議PE相內的壓敏電阻的最大通流值應為其他兩相最大通流值的二倍，以減緩PE相劣化速度，延長產品使用壽命。

2.1.2 外觀標識 由于光伏直流SPD都安裝在逆變器前端的直流電路上，所以最大工作電壓不應用Uc來標識，應替換為最高連續電壓Ucpv標識，并且不應用交流符號 “～”，應改為直流符號“—”。

2.2 注意事項

從外觀上看，該直流SPD兩塊壓敏電阻模塊是相互獨立的。單片壓敏電阻無法通1 000 V的直流耐壓測試，所以在直流SPD內部,實際上是將L相或N相模塊內的壓敏電阻和PE相內的壓敏電阻串聯，采用的都是兩片壓敏電阻串聯保護模式。因此在實際檢測工作中，應將L相和PE相(或N相和PE相)當成一組模塊，對此類光伏直流SPD的啟動電壓和漏電流進行測試 (如圖2)。

圖2 光伏直流SPD啟動電壓和漏電流測試示意圖

3 結語

在光伏電站的雷電防護裝置檢測工作中，除了應注意文中提高的一些問題外,還應注意以下幾點：①在檢測過程中，嚴禁斷開電流線，并且在電流極處要有專人看護；②在檢測過程中，應落實好安全防護措施，安排場站專門人員陪同，在晴好天氣進行檢測。

參考文獻：

[1] 王逢士，周岐斌. 用于光伏系統直流側SPD的過載特性試驗與分析[C]// 中國氣象學會.第31屆中國氣象學會年會論文集.2014:1159-1165.

[2] 李斌，竇俊杰.光伏系統電涌保護器新國標的解讀[J].電器工業 ，2016(8)：70-73.