谈光伏电站绝缘阻抗异常排查方法
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摘要：近几年，我国科学技术不断发展和进步，光伏发电技术迅猛发展，光伏扶贫电站及分布式光伏使光伏发电走进千家万户。然而，光伏发电设备运行期间仍存在隐患。及时发现并解决最常见异常运行故障，可以极大地提高光伏发电设备可利用率，是保证光伏发电设备正常运行、满足收益要求的保障。
光伏发电是依托电力电子技术，利用太阳光照将太阳能转化为电能的系统。光伏发电不需要使用化石燃料，减少了发电时产生的污染，并且减少了能源消耗。光伏发电依托政策扶持，快速在国内普及。光伏发电与传统火电发电原理不同，因为没有旋转机械，光伏发电设备故障率较低，不需要实时监视维护，所以光伏发电系统也可安装在民居屋顶，百姓也可以享受发电红利。随着光伏装机容量的不断扩大，光伏运维检修人才短缺的问题逐渐显现，这导致光伏电站故障处理效率较低，达不到预期收益率。因此相关人员要对光伏发电常见故障进行充分了解和分析，建立起科学的运维管理模式及故障排查处理方法。
1光伏发电系统
光伏发电主要利用的是“光生伏特效应”，既半导体材料在受到光照时，会产生电动势的现象。半导体材料经串、并联制作成光伏组件。光伏组件经串联构成设定直流电压的光伏组串。光伏组串发出的直流电经光伏逆变器逆变为交流电，交流电经变压后，送入电网。
2光伏场区故障原因与主要故障
2.1光伏场区故障原因
由于大型光伏电站项目的特殊性，上网电价受并网时间的影响，这造成工期紧、任务重。同时光伏电站占地面积大，施工过程中工作点多面广。光伏电站建设时多用闲置荒地、山地作为组件安装地点，存在施工难度大的特点。电缆沟回填时，由于部分区域取沙困难，施工方直接使用电缆沟附近的石块回填，导致电缆绝缘损伤，造成低压电缆接地故障或断线；施工过程中，电缆放线未使用滑轮，而是拖拽电缆，地面的石块容易划伤低压电缆，电缆埋入地下后，随着雨水侵入或土地的不均匀沉降，造成低压电缆接地故障或断线；组件安装工人为当地农民，缺乏安装经验，光伏组件安装时，将组件线缆挤压在组件与光伏支架间，随着运行时间的增长，组件线缆被挤压绝缘破损；设备制造单位制造工期短、任务紧，易采购到质量较差的元器件，经过大电流运行后，元器件易损坏。以上是光伏场区发生故障的主要原因。
2.2光伏场区的主要故障
无论采用集中式逆变器还是采用组串式逆变器，光伏电站最多的设备就是光伏组件，一座50MWp的光伏电站，若采用275Wp规格的光伏组件需要182000余块。巨大数量的光伏组件，以及串低压电缆的光伏组件成为光伏发电系统中故障率最高的设备。“绝缘阻抗异常”成为光伏电站最常见的故障，该故障轻则导致带由故障组件串支路的逆变器告警运行，或停机且不能自动并网，严重则可导致故障点放电引发火灾或人身触电事故。因此，若发生“绝缘阻抗异常”故障，必须及时发现并消除。查找“绝缘阻抗异常”故障点的方法是消除该故障的关键。
3“绝缘阻抗异常”故障的排查过程
当今市面上运行的光伏逆变器大多数具有直流侧绝缘监测功能，当逆变器直流侧系统发生接地故障时，逆变器都能够检测出正极或负极绝缘异常，并且通过光伏电站布置的通信系统，将故障报警信号发送至电站中央控制室的后台监控计算机上。但逆变器不能判断出具体的故障点，更不能及时做出故障隔离，因此后续的故障点查找就需要人工完成。
3.1“绝缘阻抗异常”故障的常用排查过程
（1）以正极接地故障为例，光伏电站中央控制室值班人员发现某集中式逆变器报出“绝缘阻抗异常”报警时，要及时通知检修人员，经履行工作许可手续后，检修人员到达报警逆变器处，就地查看逆变器报警是否与中央控制室报警一致。（2）检修人员确认该集中式逆变器存在绝缘异常故障，采用“拉路”的方法，查找故障点所在的光伏汇流箱支路。当拉开故障支路所在汇流箱的逆变器直流侧支路开关时，逆变器会检测到绝缘恢复正常运行水平，逆变器“绝缘阻抗异常”报警消除。（3）检修人员使用万用表直流电压档对逆变器故障支路进行检查，经测量，故障支路电缆正极对地电压接近0V，负极对地电压约-640V，可以确定故障点在正极。（4）此时将检修人员分为两组，一组留在集中式逆变器处，另一组到故障支路所在汇流箱处（为了便于说明，将留在集中式逆变器的一组检修人员定义为A组，将去检查故障支路汇流箱的一组检修人员定义为B组），B组人员到达该汇流箱后，拉开汇流箱内断路器，使用万用表直流电压档分别测量该汇流箱至逆变器直流电缆正、负极对地电压为0V，以确认需要检修的汇流箱间隔正确，保证安全，防止走错间隔。（5）在汇流箱处的B组人员断开该汇流箱内的所有正、负极熔断器，使用万用表直流电压档分别测量该汇流箱内各熔断器与组串连接处对地电压，直至全部测量完成，发现某一路正极对地电压接近0V，负极对地电压约-640V时，即可确定该组件串正极接地故障。（6）B组人员通知在逆变器处的A组人员合上逆变器直流侧该汇流箱支路断路器，B组人员将该汇流箱非故障组串恢复发电。（7）两组人员在该汇流箱处汇合，使用钳形电流表直流电流档检测无电流的组串联络线，并沿线查找即可找到故障点。若未测出故障，可以仅合上一路组串的正负极熔断器，再合上该汇流箱内的断路器，使用万用表的直流电压档测量汇流箱至逆变器的电缆正、负极对地电压，判断汇流箱至逆变器的电缆绝缘情况。
3.2“绝缘阻抗异常”故障的特殊排查过程
上述检查方法可以查到绝大多数组串绝缘阻抗异常的故障点，但是对于某些汇流箱元器件内部故障引起的“绝缘阻抗异常”故障是无法检查到的。检查过程中，工作人员会发现所有组串的正负极对地电压都是从大约±100V向0V递减的正常状态，但是合闸送电后，逆变器依然发出“绝缘阻抗异常”报警。此时，保持逆变器直流侧该支路断路器在“分”位，汇流箱内断路器在“合”位，在汇流箱处的B组人员合上汇流箱内所有正、负极熔断器后，使用万用表直流电压档、黑色表笔接地，使用红色表笔测量汇流箱断路器与电缆连接处负极的电压，会发现约为-600V并且数值维持不变。然后拉开一半对应的正、负极熔断器，再次使用万用表直流电压档测量汇流箱断路器与电缆连接处负极的对地的电压，若发现电压从约为-100V向0V靠近，则表示所测量的支路正常，如图1所示。此时断开该部分的正、负极熔断器，并且合上拉开一半对应的正负极熔断器。重复这种方法，不断排除正常的组串支路，并拉开对应的组串的正、负极熔断器，保持电压异常的组串支路正、负极熔断器都在合位，如图2所示。经过不断的筛查，最终可以找到故障的组串支路。故障点会在汇流箱内的该支路上。然后检查该组串在汇流箱内防反二极管、正极熔断器座、霍尔等元器件及正极导线，即可排查故障。
4结束语
在经济飞速发展的今天，电力是能源供应的重要形式，而光伏发电也成为当今社会电能生产的重要组成部分。文章以光伏电站故障原因为切入点，分析出组件“绝缘阻抗异常”是光伏电站最常见的故障，并较详细地介绍了故障检查方法，以求及时有效地排查故。
参考文献：
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作者：姜山 单位：三峡新能源曲阳发电有限公司
