地面光伏电站组串接地故障的快速判定方法

华能浙江清洁能源分公司 ■ 刘恒 郑建飞 洪道文 李阳春

0 引言

某已投运的地面光伏电站的规模为30 MWp，有集散式逆变器26 台，光伏控制器335台，光伏组串5142个，每一组串有22块光伏组件；组件的开路电压为38 V，工作电压为30.9 V。该电站投运后，电站发生故障200余次，其中，组串接地故障占50%，主要原因是电站所处区域地质条件差，基建期间雨水较多，造成直埋电缆或组件连接线的绝缘性下降。组串接地故障会造成逆变器停运，严重影响电站发电量及设备安全性，所以，研究快速、简单判定组串接地故障的方法很有必要。

1 造成组串接地故障的原因

造成地面光伏电站组串接地故障的原因一般有3 种：

1) 组串中某块组件的连接线因绝缘层损坏而与支架连通；

2) 组串中某块组件的连接专用插头(MC4)密封差，进雨水后与支架连通；

3)组串至光伏控制器的直埋电缆的绝缘层损坏。

2 组串接地故障发生时的现象

一旦发生组串接地故障，光伏控制器立刻发出故障报警，停止运行；同时，逆变器停止工作，逆变器直流配电柜中的直流断路器跳闸。

3 组串接地故障的判定方法

3.1 判定故障光伏控制器

在辐照度为1000 W/m2、环境温度为25 ℃的条件下，用万用表分别对已停运的逆变器直流配电柜内各光伏控制器正、负极进线端的对地电压进行测量。正常情况下，正、负极进线端对地电压绝对值应在300～380 V 之间，并且测量过程中对地电压会逐渐下降。

如果某个光伏控制器正、负极进线端对地电压不平衡，一端为0 V或接近0 V，而另一端超过600 V，且在测量过程中电压维持不变，则可以判定该光伏控制器出现接地故障。

3.2 判定故障组串

断开故障光伏控制器的输出总断路器，在输入端分别测量各组串正、负极进线端的对地电压，采用本文3.1 所述的判定方法，可以判定故障光伏控制器中有一个组串或多个组串存在电缆接地故障的可能。

3.3 确认故障组串

断开各组串接入光伏控制器的输入开关，分别测量其正、负极进线端的对地电压，采用本文3.1所述的判定方法，可以确认存在接地故障的组串。

3.4 判定故障原因

如图1 所示，以正极接地故障为例，在测量故障组串正、负极进线端的对地电压时，正极电压为0 V 或接近0 V，负极电压绝对值为700 V及以上。

图2 为正极接地故障等效电路图，可以测得A 点对地电压为0 V，B 点对地电压绝对值为700 V 及以上，可快速有效地判定此为正极接地故障，此故障大多数由组串到光伏控制器的电缆破损所致。反之亦然。

图1 正极接地示意图

图2 正极接地故障等效电路图

如图3所示，以第3块组件接地故障为例，测量正、负极进线端的对地电压，对地电压绝对值都大于0 V，则可以判定此接地故障为该组件连接线与支架连通或组件连接专用插头(MC4插头) 与支架连通所致。

图4为中间接地故障等效电路图，故障组串有22个组件，假如测得A点对地电压绝对值为96 V，B 点对地电压绝对值为596 V，由96/[(96+596)/22]≈3可基本能够判定接地故障点在第3 块组件附近。

图3 负极接地示意图

图4 中间接地故障等效电路图

4 组串接地故障的处理措施

不同原因造成的组串接地故障的处理措施有：

1) 对于直埋电缆接地故障，由于很难找到绝缘层损坏处，故应直接更换电缆。

2) 对于组件连接线和支架接地故障，一般是进行绝缘包扎处理或更换电缆。

3) 对于组件连接专用插头接地故障，应更换专用插头。

5 结论

通过采用对逆变器直流配电柜内各光伏控制器正、负极进线端的对地电压进行测量的方法，可以快速判定光伏组串接地故障的原因和故障点位置，进而迅速处理故障，消除故障点，恢复故障光伏组串的运行，减少对地面光伏电站发电量及设备安全性的影响。