光伏電站通訊裝置故障技改方案

國家電投河北電力有限公司承德分公司 高新杰

光伏電站匯流箱是大型光伏電站最基本的電量匯集單元，匯流箱監(jiān)測(cè)單元作為核心部件不僅負(fù)責(zé)采集箱內(nèi)電量、溫度及開關(guān)量，還要對(duì)匯流箱進(jìn)行故障診斷，最終將這些采樣數(shù)據(jù)及故障診斷結(jié)果通過485通訊上送到44后臺(tái)供用戶決策。因?yàn)槭艿焦夥M件及匯流箱體的遮蔽且受到支架上接閃器的保護(hù)，所以監(jiān)測(cè)單元不會(huì)遭受直擊雷的損壞，只會(huì)受到強(qiáng)烈雷電電磁脈沖的侵襲。雖然箱內(nèi)具有電源防雷器及通訊防雷器來應(yīng)對(duì)雷電電磁脈沖的侵襲，但是監(jiān)測(cè)單元依然經(jīng)常發(fā)生強(qiáng)弱電模塊之間的絕緣被擊穿或RS485通訊模塊失效的現(xiàn)象，這種情況無論對(duì)用戶還是廠家而言都造成巨大的損失。針對(duì)光伏匯流箱監(jiān)測(cè)單元的常見雷擊事故進(jìn)行詳細(xì)分析并提出相應(yīng)改進(jìn)措施。

1 現(xiàn)狀分析

監(jiān)控工程屬于前期施工，監(jiān)控錄像機(jī)由IPC網(wǎng)絡(luò)攝像頭來組成，整體架構(gòu)屬于兩臺(tái)DVR監(jiān)控錄像機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)來管理錄取圖像。整體監(jiān)控產(chǎn)品施工沒有問題，且因網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和光伏網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊兩條網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通過一條環(huán)網(wǎng)光纖合并在同一個(gè)交換機(jī)上，造成網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控延時(shí)、網(wǎng)絡(luò)通訊故障頻發(fā)。

問題分析：現(xiàn)有有6臺(tái)攝像機(jī)無視頻圖像，部分視頻監(jiān)控遇雷擊、防雷模塊損壞，部分光收發(fā)器損壞。1號(hào)逆變器室與2號(hào)逆變器室視頻監(jiān)控光收發(fā)器損壞，插到交換機(jī)之后造成主控后臺(tái)通訊癱瘓，拔掉視頻監(jiān)控網(wǎng)線主控后臺(tái)通訊恢復(fù)正常。分析原因，屬于視頻監(jiān)控故障造成主控后臺(tái)通訊癱瘓，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控通訊和光伏網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊在同一條光纖下，所以造成主控后臺(tái)整體癱瘓無數(shù)據(jù)。

解決方案：對(duì)于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行從新升級(jí)改造，網(wǎng)絡(luò)攝像頭與光伏網(wǎng)絡(luò)通訊分開走網(wǎng)，使雙方通訊配置互不干擾，既大大增加雙方帶寬又提高通訊的穩(wěn)定性。站內(nèi)監(jiān)控主交換機(jī)采用核心光交換機(jī)，12光、12電口、三層交換、支持VLAN、背板帶寬充分，采用SFP插拔光模塊。局端用光纜熱熔接，降低損耗。局端采用2光4電千兆光交換機(jī)。SFP模塊對(duì)端使用。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化簡潔美觀，故障率降低，交換機(jī)均為千兆模塊口，加電口，帶寬每口均大于或等于1.25G。交換機(jī)均為工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，耐高溫、壽命長、容錯(cuò)率低、帶糾錯(cuò)、電源適應(yīng)范圍寬。多電口備用，為增加擴(kuò)展做容量。

2 原因分析

絕緣擊穿事故分析。由于電壓監(jiān)測(cè)模塊用于監(jiān)測(cè)母線電壓，額定電壓值為1000VDC，故屬于強(qiáng)電部分，而RS485通訊模塊則屬于弱電部分，從設(shè)計(jì)布局來看強(qiáng)弱電模塊之間本身具有6kV的耐壓能力。根據(jù)《CGC/GF002：2010光伏匯流箱技術(shù)規(guī)范》要求，電源防雷標(biāo)稱放電電流In應(yīng)大于等于20kA，電壓保護(hù)水平小于4kV。匯流箱內(nèi)的電源防雷器由三個(gè)模塊構(gòu)成，分別為電源防雷+、電源防雷-、電源防雷PE，三個(gè)模塊形成正對(duì)負(fù)、正對(duì)地、負(fù)對(duì)地三種保護(hù)模式。如果電源防雷器起到保護(hù)作用將殘壓限制到4kV，那么電壓監(jiān)測(cè)模塊與通訊模塊之間的絕緣是不應(yīng)被擊穿的，但事實(shí)并非如此。

造成強(qiáng)弱電模塊絕緣擊穿的原因分如下：在光伏電站中接地電阻不超過4Ω，假設(shè)匯流箱正極遭受雷電電磁脈沖侵襲，此時(shí)電源防雷+和電源防雷PE動(dòng)作。實(shí)際工程中一般不大于20kA，則電源防雷+和電源防雷PE之間的電壓不應(yīng)超過電壓保護(hù)水平。匯流箱遭受雷電電磁脈沖侵襲后很多監(jiān)測(cè)單元上電壓測(cè)量模塊與485通訊模塊之間的絕緣被擊穿。當(dāng)RS485總線上遭受雷擊時(shí)，由于TVS管動(dòng)作時(shí)間小于等于1ps，而陶瓷氣體放電管動(dòng)作時(shí)間小于等于100ns，故TVS管先于陶瓷氣體放電管動(dòng)作。針對(duì)通訊裝置元器件燒損與匯流箱檢測(cè)模塊失效的現(xiàn)象問題，目前產(chǎn)品主要有網(wǎng)絡(luò)避雷器和信號(hào)避雷器，光伏發(fā)電站逆變室的通訊裝置與匯流箱檢測(cè)模塊RS485通訊線之間，選用信號(hào)避雷器能起到對(duì)通訊裝置保護(hù)。

表1 避雷器參數(shù)

3 光伏電站通訊裝置故障解決措施

定期檢查參數(shù)設(shè)置。一般匯流箱通訊參數(shù)主要涉及到站地址、波特率及通訊協(xié)議，其中匯流箱通訊參數(shù)地址根據(jù)上位機(jī)定義進(jìn)行一系列的設(shè)置，如1號(hào)匯流箱可以設(shè)置為01，依次進(jìn)行類推；波特率需要根據(jù)匯流箱說明書進(jìn)行科學(xué)性的選擇設(shè)置，一般波特率為9600；通訊協(xié)議需要依據(jù)設(shè)備說明書具體情況進(jìn)行合理性的設(shè)置，一般選擇modbus通訊協(xié)議。由此可見，定期檢查參數(shù)設(shè)置可以確保光伏電站通訊裝置穩(wěn)定的運(yùn)行，也是確保光伏裝置功能得到有效發(fā)揮。

通訊電纜接線檢查。匯流箱RS-485通訊組網(wǎng)進(jìn)行連接時(shí)，僅需將A、B、屏蔽層接至端子排對(duì)應(yīng)端子即可，且滿足以下要求：通訊電纜需要用雙絞，目的為了有效地屏蔽電纜，端子屏蔽層也要利用有效的方式剝離干凈，為了保證通訊端子螺絲可以直接壓接在屏蔽層，減少通訊線虛接現(xiàn)象的發(fā)生；通訊電纜屏蔽層應(yīng)連續(xù)，通訊電纜需要利用菊花鏈即手拉手的方式進(jìn)行連接，屏蔽層之間也要可靠連接在一起且屏蔽層必須接大地；A、B接線時(shí)一定要認(rèn)真進(jìn)行檢查以及核實(shí)，避免接反現(xiàn)象的出現(xiàn)，A與B主要是雙絞接線；485通訊網(wǎng)絡(luò)接線必須采用菊花鏈即手拉手方式，不能采用星形。

4 逆變器室交換機(jī)故障技改方案

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備涉及到的防雷工作也是當(dāng)下亟需解決的問題，由于夏季雷雨天氣比較頻繁，也使增加網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營設(shè)備對(duì)雷電防御難度系數(shù)不斷增加，也是促進(jìn)交換機(jī)防雷相關(guān)方案的不斷優(yōu)化，有利于降低雷擊帶來不必要的損失。

表2 網(wǎng)絡(luò)電源二合一避雷器參數(shù)

通過對(duì)太網(wǎng)交換機(jī)在具體實(shí)際工程使用進(jìn)行針對(duì)性的研究，可找到雷電造成設(shè)備故障的兩方面因素：一方面，電源線以及雙絞線對(duì)雷電敏感度高以及兩者和雷電產(chǎn)生一定程度的感應(yīng)，也造成設(shè)備不同程度的損害；另一方面，雷電電流滲到地面過程中，接地電阻的存在造成嚴(yán)重的壓降現(xiàn)象，迫使地電位不斷升高，反向擊穿設(shè)備。為此，嚴(yán)格遵循相關(guān)國內(nèi)外優(yōu)秀的防雷標(biāo)椎，對(duì)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)采取行之有效的防雷保護(hù)措施。針對(duì)逆變器室交換機(jī)故障問題，目前產(chǎn)品主要有網(wǎng)絡(luò)電源二合一避雷器，如光伏發(fā)電站逆變室的交換機(jī)故障，選用網(wǎng)絡(luò)避雷器能起到對(duì)電站逆變室交換機(jī)的保護(hù)作用。