光伏电站机电设备常见故障原因分析

2023-12-21中国水利水电第十工程局有限公司周志远

电力设备管理 2023年21期

中国水利水电第十工程局有限公司周志远

1 引言

随着社会不断发展，生产生活的电能需求量的不断增加，而我国当前电力资源分布不均匀，一些偏远地区不具备集中式发电的条件，仅依靠架空线缆进行电力资源的远距离传输。此种方式不仅造成了电力资源的浪费，也越来越难以满足社会的快速发展。为克服这一难题，有效提高电力资源的利用率，越来越多的光伏电站投入建设应用[1]。但在光伏电站的运行维护中，设备经常发生各种故障，严重拖延生产进度，影响生产质量，因此，研究相应的故障处理策略刻不容缓。

2 光伏电站的主要构成及工作原理

光伏电站主要由光伏组件、汇流箱、交直流逆变器、配电箱、双向电表、监控控制系统、安装支架等组成，其原理结构图如图1所示[2]。

图1 光伏电站的主要原理结构

光伏电池采用串联或并联方式，以一定的角度在光伏支架上进行设计安装，组成光伏阵列，尽可能地吸收太阳量，并将太阳量转化为直流电，经汇流箱进入逆变器，在逆变器中逆变为交流电后，输送到主电网中。双向电表可以对系统的实际发电、用电情况进行跟踪记录、显示储存等，实现输入主电网电力量的统计[3]。

3 光伏电站机电设备工作中常见故障及处理方法

3.1 逆变器不并网故障及处理方法

在逆变器与电网未正确连接的情况下经常发生逆变器不并网故障，主要排查方法：一是排查交流开关是否闭合，若闭合，则查看连接逆变器输出口的线缆是否松动并采用数字式万用表对此处电压进行测量，若无松动但电压数值较小，几乎接近0V，则说明此处线缆存在断点；若无松动且电压数值在110～220V，说明此处线路无问题，则进行下一步排查，检查逆变器输出口与电网的连接处是否存在虚接或脱落现象。在用电检查过程中，需要穿戴好劳保防护用品，切勿用手直接接触电线及端子排，避免触电现象发生，从而对作业人员的身体造成伤害。

3.2 电网故障原因及处理方法

当光伏系统电网的电压、频率瞬时过高或者过低时，均会造成电网故障。此类故障的处理方法主要是先用数据万用表对电网的电压、频率进行实测，如果实测值不在正常范围内，则需要静候供电网恢复正常即可。如果供电电网的网压、频率在正常值范围内，可能是电路板的本体发生故障，可以通过将交直流端子切断，对逆变器断电重启，进行设备故障恢复。

3.3 光伏电站发电效率偏小原因及解决方法

不同支架倾斜角度太阳光照辐射量见表1，光伏电站的光伏电池支架安装倾斜角度对于整个发电系统的发电效率影响不一。当光伏发电系统支架安装的倾斜角度为25°时，太阳光的能量达到最大值，全年每平方米太阳能能量高达6312MJ，尽可能地利用太阳光照能量。因此，如果系统输出功率较小，维护检修过程中，要密切关注光伏电池支架的安装情况，确保安装牢固无松动，保证倾斜角度在合理范围内，能够提高发电效率，保证光伏电站的发电效率。

表1 不同支架倾斜角度太阳光照辐射量（单位：mJ/m2）

4 采取科学的管控措施减少光伏电站机电设备故障的发生

4.1 合理选择电网接入点电压

光伏电站中电网电压值如何选择是系统正常运行的基本要求，为了尽可能降低并网电压不合理而造成的设备故障，要合理选择接入点电压。通常情况下，在接入点电压要求方面，光伏电站系统额定电压范围是89%～115%。所以，需要通过交直流逆变器对接入电网的电压进行相应调节及控制。

4.2 科学设置电网频率，预防电压闪变

根据光伏电站在实际生活中的应用情况，电网的频率需要恒定在49.5～50.5Hz。运行过程中，一旦超出该频率区间，如果未能立即切换到逆变器运行模式，将会引发设备故障，导致系统运行中断。此外，光伏电站将产出的电直接输入到电网后，会出现电压闪变故障，进而导致电压的偏离，依据相关要求，需要将电压偏离值限定在5%以下，一定程度上避免此类故障发生。

4.3 重点关注光伏玻璃组件的维护

光伏玻璃作为光伏矩阵中重要的能量吸收转换元件，作业人员在日常检修时要格外关注其工作状态，严格按照相关流程对光伏玻璃进行检查，定期对辐照玻璃镜面进行清洁，检查其有无裂纹、热斑等现象。此外，作业人员要通过红外成像仪对每平方米太阳能辐照强度为800W以上的同一光伏矩阵的外表面工作温度进行检查，查看其表面受热是否均匀，避免发生热板故障。

4.4 采用在线检测手段，加强设备监管力度

光伏电站的运行质量必须采用有效的运行监控方式，建立相关监管制度并科学地进行落实。在光伏电站运行中，要时常查看光伏机电设备的各运行参数，诊断光伏系统的运行情况，一旦数据异常时，要及时进行调整或检修。但在实际工作中，如果缺乏智能化在线监测装备，或者某些检修人员粗心大意、检修流程制度落实不彻底，并且未能对光伏电站运行中的各项数据进行跟踪记录，便会出现隐患。因此，光伏设备发生故障时，没有相关的数据及有效信息作为检修的参考资料。再者，光伏电站一般建设在比较辽阔、远离繁华都市的地带，一定程度上加大了作业人员对光伏系统全面监控管理的难度，故障发生也未能及时被发现。

引入动态检测设备，实时监控光伏电站的运行状态，利用传感器采集数据，然后上传到通信网络，经过计算机处理，迅速诊断出光伏系统存在的故障，为设备检修提供有力的支撑。相比传统的人工巡检，在线动态检测可以及时发现光伏电站各种潜在问题，为后续故障的处理提供依据，也是可靠性检修的重要途径[4]。在线检测可以实现全天24h 不间断检测，快速识别出异常数据，确定出设备故障点并进行报警，通知检修人员快速到达现场进行检修，从而降低故障，有效保证光伏电站的发电质量。

4.5 严格控制光伏电站机电设备部件的生产质量

目前我国光伏发电技术仍处于发展阶段，在光伏电站设计阶段，如果设计人员缺乏经验，未能充分掌握光伏电站设计和安装时要注意的陷阱，便会在光伏系统安装时出现纰漏，可能最终造成光伏电站设备运行故障。此外，组成光伏发电站的机电设备部件均是精密度要求较高的材料，作业人员在材料型号选择时，一旦存在失误或者是在材料存放时粗心大意未履行监管职责，都会导致机电设备部件质量达不到要求，进而造成光伏电站设备故障的频繁发生。

为确保光伏电站的运行质量，相关部门必须加大光伏系统各设备部件的质量检查力度，避免次品的零部件进入设备现场，对未来生产造成故障隐患。在采用各组成零部件时，谨遵国家相关部门质量要求，对光伏组件、汇流箱、交直流逆变器、配电箱、双向电表等进行功能测试，并出具相应的质量检测报告。后期，公司也可以根据使用记录，做好设备零部件质量跟踪工作，与信用较佳的部件厂家建立永久合作关系。

4.6 强化光伏电站施工过程管控

在光伏电站建设过程中，要充分做好准备工作，必须严格执行施工流程和标准，这样不仅可以确保光伏电站建设质量，还可以减少后期光伏设备故障的发生，为系统安全可靠运行提供有力的保障[5]。但是，在实际建设中，如果施工组织不完善，没有提前制定详细步骤计划、没有落实质量责任制、未形成万一施工发生事故便可逐级汇报的工作体系，这些施工过程把控不严的地方最终会影响光伏系统建设质量，会为后期光伏设备的运行埋下故障隐患。

为了充分保障光伏电站建设质量，避免后期光伏系统运行中设备故障频繁发生。在施工建设过程中，需要提前规划，设计好相应流程，从施工各个环节上对项目质量及进度进行科学把控，严格保证每一步质量、每一项项目进度。流程如图2所示。

图2 光伏电站施工管控流程

一是项目计划环节。以项目决策、结果为导向，对光伏电站建设质量的需求进行充分分析，设计出合理的施工大纲，并按照大纲进行细化，制定出每一步详细的施工过程管控流程，差异化对施工质量进行控制。在此过程中，项目计划切忌凭空捏造，要广泛收集听取各方建议，多开会、多讨论，才能够保证项目计划制定的科学性。

二是项目施工环节。在进行光伏电站动工过程中，在严格把控材料备件选型基础上，确保每一环节工序都按标准流程进行施工，不能出现私改步骤、偷工减料等情况。只有紧抓施工环节，才能够更好地保障光伏电站的建设质量，避免后期设备故障的发生。

三是项目验收环节。该环节主要分为项目中间验收、项目竣工验收等阶段。主要是依据国家相关标准，对系统进行整体的、全面性的检查，保证光伏电站项目总体能够通过验收。

此外，工作团队内部应明确职责分工，建立督察督办制度，构建短期加长期的工作机制，并积极对督办事项进行跟踪反馈，使问题形成闭环管理。

4.7 增强作业人员的安全意识，提升作业人员技术水平

在光伏电站的运行维护过程中，应着重增强作业人员的安全意识，提高作业人员技能水平。首先，充分学习运维过程中相关机械电气设备的操作规程，熟练掌握其使用方法，避免操作不当而造成的设备故障。其次，开展专业的指导和培训，使检修人员熟练掌握运维过程中光伏电站设备常见故障处理技术，并将其所学知识在实际工作中落到实处。最后，定期组织技术交流会，讨论棘手难题，交流心得体会，分享先进经验，全面提升检修人员素质，减少光伏电站故障发生后的处理时间，提高生产效率。