并网光伏电站常见故障和隐患

文|石斌

光伏并网发电技术是当今世界光伏发电的趋势，近几年，随着国家一系列光伏鼓励政策相继出台，国内光伏电站建设步伐逐步加快，越来越多的电站实现了并网。除了前期对光伏电站优化设计外，建成后人力所能控制的就是最大限度地减小发电系统故障带来的损失，能够及时排查故障和简单维护显得尤为重要。电站运维中存在的主要问题在众多文献中均有描述，本文是对发电系统各设备的故障隐患和故障类型进行了汇总。

并网光伏发电系统主要设备及其功能

并网光伏电站是指连接成若干阵列的光伏组件，经太阳光照射后输出直流电力，再通过汇流箱并联若干电池组串以提高电流，电流达到逆变器额定电流后，通过并网逆变器将光伏组件输出的直流电逆变成符合电网需求的交流电，最后经过配电装置后接入电站升压变压器，通过变压器将电压升高至符合电网要求的电压等级后并入电网。

并网光伏电站发电系统一般由光伏组件阵列、汇流箱、并网逆变器、交直流配电系统、变压器等设备构成，其基本结构如图1所示。

图1 并网光伏发电系统基本构成

光伏组件。光伏组件是指具有外部封装及内部连接、能单独提供直流电输出的最小不可分割的太阳能电池组合装置，其作用是将太阳能转化为电能。目前电站常用的晶硅电池组件为单晶组件和多晶组件。

光伏防雷汇流箱。光伏防雷汇流箱安装于太阳能电池方阵阵列内，它的主要作用是将太阳能电池组件串的直流电缆，接入后进行汇流，再与并网逆变器或直流防雷配电柜连接。

并网逆变器。光伏并网逆变器是光伏发电系统中的核心部件，其功能是将光伏方阵产生的直流电（DC）逆变为三相正弦交流电（AC），输出符合电网要求的电能。目前地面电站用到的主要有组件式逆变器和集中式逆变器两大类。

交直流配电系统。交直流配电系统主要用于控制站内电能的连通、断开，分配及交换，保证系统的正常供电，同时还有对线路电能的计量，一般有380V、10KV、35KV等电压等级。

变压器。变压器是利用电磁感应的原理把交流电压转换成相同频率的另一种交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯（磁芯）。

光伏发电系统各设备故障隐患

光伏组件和支架。目前知名企业的光伏组件都通过了第三方测试机构认证，产品质量比较有保障，但由于支架结构问题或安装不规范，会造成组件承载能力减弱。在电站运维中光伏组件或支架出现以下问题时也可能会造成重大故障：组件出现电势诱导衰减；光伏组件接线盒密封性能下降；组件边框接地不规范，支架基础未进行有效的防腐处理；组件表面存在尘土或其它物质造成的局部遮挡；组件间的连线未留伸缩长度，冬季易拉断，有风时容易磨损。

光伏防雷汇流箱。电站运行一段时间可能会出现以下问题：汇流箱出现变形、锈蚀、漏水、积灰等现象；汇流箱内各个接线端子出现松动、锈蚀现象；直流汇流箱内的高压直流熔丝的规格不符合设计规定；直流输出母线的正极对地、负极对地的绝缘电阻小于2兆欧；汇流箱内防雷器出现故障。

并网逆变器。逆变器是进行能量转换的关键设备，其效率指标等电气性能参数，将直接影响光伏组件的发电量，出现故障后造成的发电量损失也较大。逆变器运行时出现较大振动和异常噪声，或是逆变器中直流母线电容温度过高或超过使用年限时应引起注意。

交直流配电系统。交直流配电系统的故障隐患主要有：母线接头应连接不紧密，出现变形，有放电变黑痕迹，绝缘松动，紧固联接螺栓生锈；手车、抽出式成套配电柜推拉不灵活，有卡阻碰撞现象；动静头与静触头的中心线不一致；检验柜、屏、台、箱、盘间线路的线间和线对地间绝缘电阻值，馈电线路小于0.5兆欧，二次回路小于1兆欧。

变压器。变压器出现以下现象时易发生故障：运行时漏油、油位过高或过低、油温异常、声响不正常及冷却系统不正常；大风天时，引线会有剧烈摆动；大雪天时，各部触点在落雪后，有立即熔化或放电现象；大雾天时，各部有火花放电现象等。

交直流电缆。电缆应在正常负荷下运行，出现以下现象时应引起注意：电缆的铅包出现膨胀、龟裂现象；电缆在进出设备处的部位封堵不规范；电缆保护钢管口有显著的凹凸不平，金属电缆管出现严重锈蚀；电缆直角转弯，且压在支架上，有绝缘破损，接地风险；设备房内的电缆有渗水与积水现象。

光伏电站常见故障类型

部分支路电流偏低。支路电流偏低通常有三种情况，一是该支路光伏组件出现破损或二极管损坏；二是该支路光伏组件存在被遮挡问题；三是该支路测控模块通讯异常导致显示错误。

部分支路电流为零。支路电流为零在监控中较为常见，故障原因通常有以下四种情况，一是该支路光伏组件出现接线头烧毁或开路；二是该支路光伏组件有二极管烧毁；三是该支路正、负极保险烧毁；四是该支路测控模块通讯异常导致显示错误。

部分支路电流持续一段时间不变化或者跳变。支路电流长时间不变化或者跳变通常有两种可能，一是通讯故障；二是该支路测控模块的地址、波特率等参数设置错误所致；

汇流箱所有支路电流为零。出现汇流箱所有支路电流均为零现象，首先应确认是否是由于通讯故障引起，若通讯正常，再进一步排查汇流箱是否烧毁、防雷模块是否损坏、测控模块供电电源是否出现故障、是否由于断路器机械磨损导致跳闸等原因。

逆变器数据为零。出现汇流箱数据为零故障，可依次通讯是否出现故障、熔断器熔丝是否失效、是否出现直流过压保护、是否由于组件连接线接地造成断路器跳闸等原因。

逆变器屏幕没有显示。逆变器屏幕没有显示，首先应确认线路连接是否正常，如组件串间是否接触良好、输入端子是否接反、直流开关是否合上、组件是否存在短路现象；若以上均无问题，查看是否是由于组件电压不够，组件电压和太阳辐照度有关，低于100V时，逆变器不工作。

光伏电站的运行故障分析是光伏电站运维管理必不可少的工作，是优化电站设计、提高太阳能利用率的有效途径，对并网光伏电站的高效稳定运行，长期发挥效益具有重要作用。本文首先介绍了光伏发电系统主要设备，然后结合日常运维工作，着重从故障隐患和故障类型两方面进行了阐述，希望对电站运维人员有所帮助。