故障電弧在分布式光伏電站的應用

摘 要：國家雙碳政策下，光伏發(fā)電將在未來(lái)能源結構中承擔主力軍角色，同時(shí)也將進(jìn)入一 個(gè)蓬勃發(fā)展的新時(shí)代。2021 年，分布式光伏電站新增容量超過(guò)集中式電站，標志著(zhù)分布式 光伏電站進(jìn)入大規?？焖僭鲩L(cháng)階段，但是，隨之而來(lái)的“安全問(wèn)題"也越來(lái)越多，已經(jīng)到了 迫切需要解決的地步。 “安全"是一切產(chǎn)業(yè)的命脈，是一票否決的原則性問(wèn)題，光伏電站安全運營(yíng)也是電站取 得投資回報的根基所在。隨著(zhù)“整縣推進(jìn)"項目不斷落地實(shí)施，大量政府機關(guān)、學(xué)校、醫院、 居民屋頂以及加油站、各種料棚和工商業(yè)彩鋼瓦屋頂安裝光伏電站；可再生能源建筑政策也 將推動(dòng) BIPV（建筑光伏一體化）市場(chǎng)繁榮發(fā)展。一直以來(lái)，光伏電站“防電弧"和“防火 災"發(fā)生是光伏電站的難點(diǎn)、屋頂電站的痛點(diǎn)、政府關(guān)注的重點(diǎn)、社會(huì )的焦點(diǎn)。 

關(guān)鍵詞：光伏電站；故障電??；電氣火災 

0 前言

近年來(lái)，光伏電站火災事故頻發(fā)，這不僅損失電站財產(chǎn)、發(fā)電收益，嚴重時(shí)還會(huì )造成建 筑物損壞和人身傷害，甚至蔓延到周邊環(huán)境，導致一系列次生災害發(fā)生。

電弧產(chǎn)生是光伏電站中常見(jiàn)的故障現象，由于接點(diǎn)脫落、器件老化、絕緣破裂、接地不 良等情況都會(huì )產(chǎn)生電弧。

1 電弧分析

1.1 串聯(lián)電弧 串聯(lián)電弧，又稱(chēng)為拉弧。串聯(lián)電弧通常由組件間電纜插頭接觸不良、組串電纜與匯流箱

或者逆變器的連接不牢靠等原因造成。 1.2 并聯(lián)電弧 并聯(lián)電弧主要由線(xiàn)路破損引起的正負極性導體短接，或者組串電纜之間短接引起的。當 組串電纜被機械擠壓或磨損時(shí)，在正負極之間，或者不同組串之間就會(huì )產(chǎn)生電弧放電，這就 是并聯(lián)電弧故障。還有一種情況也會(huì )導致并聯(lián)電弧，當系統出現串聯(lián)電弧沒(méi)有及時(shí)處理時(shí)， 串聯(lián)電弧的熱量燒壞電纜絕緣層，也會(huì )產(chǎn)生并聯(lián)電弧。 當組件方陣主導體之間發(fā)生并聯(lián)電弧，由于電弧能夠得到足夠能量，更加難以熄滅，將 會(huì )造成重大火災事故。通過(guò)斷開(kāi)光伏系統直流母線(xiàn)或相應組串可以熄滅串聯(lián)故障電弧，然而 卻無(wú)法熄滅并聯(lián)故障電弧，甚至可能導致更大的電流通過(guò)電弧通路，使電弧燃燒更加劇烈。 目前，逆變器中集成的電弧保護功能，不能檢測并聯(lián)電弧和接地電弧，但并聯(lián)電弧的破壞力 往往是串聯(lián)電弧的 10 倍，安全隱患更大。 1.3 接地電弧 部件老化破損或機械損傷導致對地放電，如果組件平鋪在彩鋼瓦屋頂上，將出現接地電 弧或漏電情況。這種故障不易排查發(fā)現，尤其雨天更是常見(jiàn)，目前，解決方法為逆變器停機， 等接地處干燥后再開(kāi)機運行，這種方法并不能有效排除隱患，同時(shí)增加人身觸電的風(fēng)險。 2 電弧相關(guān)標準及相關(guān)應用

為了減少電氣火災的發(fā)生，特別是對末端負載的故障電弧進(jìn)行檢測，我國針對故障電弧 檢測出臺了一些列的標準和政策。 《故障電弧探測器》GB14287.4-2014 由上述國標要求可知：故障電弧主要針對的是末端負載，負載功率在 10KW 以下。 《火災自動(dòng)報警系統設計規范》GB50116-2013： 9.1.6 條文說(shuō)明 電氣火災監控系統的設置不應影響供電系統的正常工作，不宜自動(dòng)切 斷供電電源。 9.2.4 條文說(shuō)明 具有探測線(xiàn)路故障電弧功能的電氣火災監控探測器，其保護線(xiàn)路長(cháng)度 不宜大于 100m 12.4.6 條文說(shuō)明 電氣線(xiàn)路應設置電氣火災監控探測器，照明線(xiàn)路上應設置具有探測故 障電弧功能的電氣火災監控探測器。 12.4.6 條文說(shuō)明 高度大于 12m 的空間場(chǎng)所較大的隱患就是電氣火災，因此設置電氣火 災監控系統。照明線(xiàn)路故障引起的火災占電氣火災的 10％左右，此類(lèi)建筑的頂部較高，發(fā) 火災在不容易被發(fā)現，也沒(méi)法在其上面設置其他探測器，只有設置具有探測故障電弧功能的 電氣火災監控探測器，才能保證對照明線(xiàn)路故障引起的火災的有效探測。 由上述國標要求可知：故障電弧主要針對的是末端的照明回路，且檢測回路長(cháng)度不超過(guò) 100 米。

3 AAFD故障電弧探測器可對光伏電站末端故障電弧進(jìn)行有效監測

為了解決光伏電站的故障電弧問(wèn)題，安科瑞研發(fā)的 AAFD 系列的故障電弧，可有效監控 光伏電站末端用電回路的故障電弧。 AAFD 系列故障電弧探測器對接入線(xiàn)路中的故障電?。òü收喜⒙?lián)電弧、故障串聯(lián)電 ?。┻M(jìn)行有效的檢測，當檢測到線(xiàn)路中存在引起火災的故障電弧時(shí)，可以進(jìn)行現場(chǎng)的聲光報 警，并將報警信息傳輸給上端監控設備，以實(shí)現預警火災發(fā)生的目的。 AAFD 系列故障電弧探測器適用于工業(yè)與民用建筑中 10KW 及其以下的電氣線(xiàn)路，其保護 線(xiàn)路長(cháng)度不宜大于 100 米。產(chǎn)品遵循國標 GB 14287.4-2014，可適用于光伏電站末端、養老 院、學(xué)校、商業(yè)建筑、賓館、工廠(chǎng)、庫房、圖書(shū)館、辦公室、家庭住宅、以及娛樂(lè )場(chǎng)所等。 安科瑞一站式保護方案 解決方案：設置電氣火災監控系統，并在末端電箱設置故障電弧探測器。

系統組網(wǎng)圖如下：

故障電弧可以對接 AcrelEMS 企業(yè)微電網(wǎng)能效管理平臺，具備強大的數據接收、處理、 存儲、訪(fǎng)問(wèn)能力，平臺融合了電力監控、電能統計、電氣安全等功能，互聯(lián)互通，高效互動(dòng)。

4 結束語(yǔ)

我國光伏電站建設正在如火如荼地進(jìn)行中，已經(jīng)走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)與老百姓生產(chǎn)生活緊密相 連，如何保障光伏電站的“安全性"正在引起全行業(yè)的高度重視。隨著(zhù)央國企電力集團布局 光伏產(chǎn)業(yè)，電站運行中的安全問(wèn)題更是提高到重中之重的位置。要想有效解決這一問(wèn)題，需 要整個(gè)行業(yè)群策群力提出創(chuàng )新性解決方案，并且不斷完善相關(guān)標準和法規，并在后續電站建 設中真正落實(shí)相關(guān)要求。 2022 年 4 月 26 日，中央財經(jīng)委員會(huì )第十一次會(huì )議，研究全面加強基礎設施建設問(wèn)題， 提出構建現代化基礎設施體系，實(shí)現經(jīng)濟效益、社會(huì )效益、生態(tài)效益、安全效益相統一，服 務(wù)國家重大戰略，支持經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展。光伏電站作為重要的能源基礎設施，安全穩定高效運 行是經(jīng)濟發(fā)展的重要保障。