淺析光伏電站線路故障原因及處理方法

郭光耀

（山西省工業設備安裝有限公司 山西太原 030013）

1 光伏電站線路故障概述

光伏電站與火力發電廠相比，發電系統設計簡單，但是集電線路相比火力發電廠來說存在點多、線長、面廣的特點，同時光伏發電的電能質量雜波較多，功率波動頻繁。因此光伏電站在運行過程中出現短路、斷路、接地這三種典型線路故障的概率較高，同時三種故障以因果關系經常相伴發生，產生不同的繼發故障；不同故障結果的起因有可能單一因素，也有可能是多種因素交織在一起相互影響。這會對光伏電站故障發生原因的分析和判斷造成干擾，甚至誤判。因此，及時找出故障發生點，并準確判斷出故障發生的真正誘因，從而加以消除并不是一件容易的事，本人以自己從事的光伏電站運維經驗為基礎，總結光伏電站引發線路故障的因素有：①線纜長期運行，絕緣自然老化；②配電裝置本身設計不合理、安裝和運行維護不良；③安裝質量或者線纜采購質量不合格，絕緣強度不夠而被工作電壓擊穿；④設備絕緣正常而被過電壓（包括雷電過電壓）擊穿；⑤設備絕緣受到外力損傷；⑥工作人員由于未遵守安全操作規程而發生誤操作；⑦電力線路發生斷線或倒桿事故；⑧大風或者樹枝導致架空線路相間距離不足發生短路；⑨鳥獸跨越在裸露的相線之間或相線與接地物體之間，或者咬壞設備導線的絕緣等。下面以光伏發電站為對象，對光伏電站線路故障原因分析和處理方法進行總結提練。

2 光伏電站線路故障原因分析及處理

我公司營運的某屋頂分布式光伏電站裝機容量為20MW，光伏組件所發直流電匯入箱逆變一體機，逆變、就地升壓至35kV后通過兩條集電線路接入電站開關站35kV母線。開關站另外配置消弧線圈接地變壓器和SVG補償變壓器。電站為中性點經消弧線圈接地系統，主接線圖如圖1所示。

圖1 電站主接線圖

2017年6月28日電站建成并網時，因電站接入系統正式間隔未同期建成，電站使用臨時T接并入電網。并網線路由電纜和架空線組成。電纜全長1.2km，中間設置電纜中間接頭。故電站側光纖縱聯差動保護至2018年2月2日電站正式間隔建成投入使用后方投入運行。

2017年8月14日16點零6分光伏電站主控室控制主機上出現站內接地變和SVG補償裝置有瞬時零序過電流報警，16點零7分從控制主機上母線C相電壓瞬時陡降為0，母線A、B相電壓由22.2kV升高至35kV，之后值班人員接國網調度指令斷開312、313集電線路開關，此時控制室消防控制柜顯示高壓配電倉煙感探頭報警。

故障發生后，對站內集電線路和站外送出線路進行檢查，發現送出線路電纜檢查井內C相電纜中間接頭擊穿，對站內配電裝置進行檢查發現312、313集電線路控制柜內HY5WZ-51/134型號避雷保護器A-B-C三相座均擊穿，314接地變控制柜315SVG無功補償控制柜、以及PT控制柜避雷保護器均承受過2～3次過電壓沖擊。集合主控室故障數據記錄、錄波器故障錄波記錄以及配電裝置自身故障記錄的相關數據，判斷站內接地變和SVG補償裝置瞬時零序過電流報警以及母線C相失壓、A、B相電壓瞬時升高的直接原因為送出線路電纜井內C相電纜中間接頭擊穿而對地短路；高壓配電倉煙感探頭報警的直接原因為集電線路控制柜內避雷保護器A-B-C三相擊穿產生的煙霧。從而確定電纜井內C相電纜中間接頭擊穿為首次故障，控制柜內避雷保護器擊穿為至繼發故障。

通過對設計、采購、施工等各個環節的調查結果進行分析后我們認為造成C相電纜中間接頭擊穿的原因為施工質量不合格，短期運行后絕緣能力下降而擊穿；避雷器損壞的原因可能是抗沖擊能力差，故障運行線路時，引起弧光過電壓使閥片劣化損壞，亦可能是線路發生斷線、接地故障引起諧振，諧振電壓幅值超過避雷器工作能力，從而導致其損壞，而避雷器抗沖擊能力差，主要是閥片在制造過程中，各工藝質量控制點控制不嚴導致閥片的耐受沖擊電壓能力不強造成的，因此也不排除避雷器自身存在制造質量問題。

故障原因找到后，我們將損壞的電纜中間接頭進行更換，并將所有高壓柜內HY5WZ-51/134型號避雷器更換為型號TBP-B-42/280的三相組合式過電壓保護器，下表是兩者的性能比較，通過比較，我們明顯能發現后者的功能更全面，更適用于有可能出現操作過電壓的情況，使得高壓柜保護功能更加完善。

2017年8月24日12點33分光伏電站出現站內接地變零序過電壓告警，同時母線A相失壓報警，5min后集電線路控制柜312間隔C相過流保護動作，同時312開關自動跳閘。故障發生后經現場檢查確認，母線A相失壓報警直接原因為送出線路電纜井內A相電纜中間接頭擊穿對地短路，集電線路控制柜312開關過流自動跳閘直接原因為集電1線13#箱逆變一體機高壓側C相電纜頭擊穿對地短路，導致過流保護動作開關跳閘。從而確定送出線路A相對地短路為首次故障，集電1線C相對地短路為繼發故障。

通過分析我們判斷送出線路電纜井內A相電纜中間接頭擊穿的原因是施工質量不合格或者是電纜中間接頭產品質量不合格，短期運行后絕緣能力下降而擊穿；而電站內集電1線13#箱逆變高壓側C相電纜終端接頭在故障情況下運行5min左右出現擊穿現象，我們不排除前面故障發生時，故障高壓對電纜及高壓開關設備有沖擊，可能損壞絕緣，為此次繼發故障埋下隱患，但究其根本原因，還是電纜頭本身質量或安裝質量出現問題。因為中性點經消弧線圈接地系統發生單相接地故障時，由于三相線電壓不發生改變，三相用電設備能正常工作，電力系統規定，單相接地故障后可運行2h（單相接地，非故障相對地電位升高為線電壓，容易引起絕緣損壞，從而引起兩相或三相短路，造成更大事故，所以不可以長期運行）。故障原因找到后，將損壞的電纜接頭進行更換后恢復送電。

3 結論

通過對光伏電廠多次線路故障的處理，結合本人多年從事光伏電廠建設、調試的經驗證明，光伏電廠因其發電側集電線路較長，線路故障易發，且故障類型以線路接地短路為主，引發線路接地故障的原因往往是多重的，而不同原因引發的故障告警信息也有相似之處；同時還要甄別是線路線路接地故障是真的接地短路告警，還是惡劣天氣時電網線路瞬時失壓出現的假接地短路告警，因此光伏電站線路故障實際診斷常常是很復雜的。要及時準確找出引發故障的真實原因，不僅要對控制室后臺數據、電站故障錄波記錄、裝置自身告警記錄以及設計資料、竣工資料、裝置說明書等進行綜合分析，同時還應通過工程實體現場測量、并結合電站運行環境進行對比判斷。并按照操作規程有步驟的收集匯總各項數據，對裝置、線路進行細致的檢測試驗，逐一排除引發故障的可能因素，不斷縮小甄別范圍，以便得到正確的結論，徹底消除故障原因。

光伏電站每次故障發生時，不僅會造成電站的直接經濟損失，甚至引發傷亡事故；也會對電網穩定運行造成沖擊，甚至可能引發電網局部停電，造成不好的社會影響。為此，在電站建設過程中，EPC總承包單位的質量管理是重中之重，設計優化、圖紙會審、物資采購、規范施工、工程驗收等任何一個環節的管理缺失，都會對電站的建設質量埋下隱患；此外監理單位的監理質量、設備的設計制造質量對電站的建設一樣影響很大。電站建成后運行人員的專業知識和業務能力，以及系統全面的運維制度對于電站的穩定運行，故障的快速識別影響更大。因此光伏電站在甄別故障原因、消除故障隱患的同時，最重要的是吸取經驗教訓，不僅要強化對主控室后臺告警信息的收集，而且應該定期對電站裝置故障燈是否亮起，查閱裝置自身記錄的異常信息、告警信息，還應定期檢查裝置自身各項參數設置、監測信息等是否出現異常。提前發現并處理裝置及線路故障，避免停電故障出現。