故障電弧在分布式光伏電站的應用
吳柯霓
(安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定)
摘 要：國家雙碳政策下，光伏發(fā)電將在未來能源結構中承擔主力軍角色，同時也將進入一個蓬勃發(fā)展的新時代。2021年，分布式光伏電站新增容量超過集中式電站，標志著分布式光伏電站進入大規(guī)模快速增長階段，但是，隨之而來的“安全問題”也越來越多，已經到了迫切需要解決的地步。
“安全”是一切產業(yè)的命脈，是一票否決的原則性問題，光伏電站安全運營也是電站取得投資回報的根基所在。隨著“整縣推進”項目不斷落地實施，大量、學校、醫(yī)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BIPV(建筑光伏一體化)市場繁榮發(fā)展。一直以來，光伏電站“防電弧”和“防火災”發(fā)生是光伏電站的難點、屋頂電站的痛點、政府關注的重點、社會的焦點。
關鍵詞：光伏電站；故障電弧；電氣火災
前言
近年來，光伏電站火災事故頻發(fā)，這不僅損失電站財產、發(fā)電收益，嚴重時還會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。
電弧產生是光伏電站中常見的故障現(xiàn)象，由于接點脫落、器件老化、絕緣破裂、接地不良等情況都會產生電弧。
1 電弧分析
1.1 串聯(lián)電弧
串聯(lián)電弧，又稱為拉弧。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，在正負極之間，或者不同組串之間就會產生電弧放電，這就是并聯(lián)電弧故障。還有一種情況也會導致并聯(lián)電弧，當系統(tǒng)出現(xiàn)串聯(lián)電弧沒有及時處理時，串聯(lián)電弧的熱量燒壞電纜絕緣層，也會產生并聯(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，將會造成重大火災事故。通過斷開光伏系統(tǒng)直流母線或相應組串可以熄滅串聯(lián)故障電弧，然而卻無法熄滅并聯(lián)故障電弧，甚至可能導致更大的電流通過電弧通路，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(xiàn)接地電弧或漏電情況。這種故障不易排查發(fā)現(xiàn)，尤其雨天更是常見，目前，解決方法為逆變器停機，等接地處干燥后再開機運行，這種方法并不能有效排除隱患，同時增加人身觸電的風險。
2 電弧相關標準及相關應用
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。
《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》GB50116-2013：
9.1.6條文說明
電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)的設置不應影響供電系統(tǒng)的正常工作，不宜自動切斷供電電源。
9.2.4條文說明
具有探測線路故障電弧功能的電氣火災監(jiān)控探測器，其保護線路長度不宜大于100m
12.4.6條文說明
電氣線路應設置電氣火災監(jiān)控探測器，照明線路上應設置具有探測故障電弧功能的電氣火災監(jiān)控探測器。
12.4.6條文說明
高度大于12m的空間場所較大的隱患就是電氣火災，因此設置電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)。照明線路故障引起的火災占電氣火災的10%左右，此類建筑的頂部較高，發(fā)火災在不容易被發(fā)現(xiàn)，也沒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(jiān)控探測器，才能保證對照明線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，且檢測回路長度不超過100米。
3. AAFD故障電弧探測器可對光伏電站末端故障電弧進行有效監(jiān)測
為了解決光伏電站的故障電弧問題，安科瑞研發(fā)的AAFD系列的故障電弧，可有效監(jiān)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路中的故障電弧(包括故障并聯(lián)電弧、故障串聯(lián)電弧)進行有效的檢測，當檢測到線路中存在引起火災的故障電弧時，可以進行現(xiàn)場的聲光報警，并將報警信息傳輸給上端監(jiān)控設備，以實現(xiàn)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及其以下的電氣線路，其保護線路長度不宜大于100米。產品遵循國標GB 14287.4-2014，可適用于光伏電站末端、養(yǎng)老院、學校、商業(yè)建筑、賓館、工廠、庫房、圖書館、辦公室、家庭住宅、以及娛樂場所等。
安科瑞一站式保護方案
解決方案：
系統(tǒng)組網圖如下：
故障電弧可以對接AcrelEMS企業(yè)微電網能效管理平臺，具備強大的數(shù)據接收、處理、存儲、訪問能力，平臺融合了電力監(jiān)控、電能統(tǒng)計、電氣安全等功能，互聯(lián)互通，高效互動。
4 結束語
我國光伏電站建設正在如火如荼地進行中，已經走進千家萬戶與老百姓生產生活緊密相連，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。隨著央國企電力集團布局光伏產業(yè)，電站運行中的安全問題更是提高到重中之重的位置。要想有效解決這一問題，需要整個行業(yè)群策群力提出創(chuàng)新性解決方案，并且不斷完善相關標準和法規(guī)，并在后續(xù)電站建設中真正落實相關要求。
2022年4月26日，中央財經委員會第十一次會議，研究全面加強基礎設施建設問題，提出構建現(xiàn)代化基礎設施體系，實現(xiàn)經濟效益、社會效益、生態(tài)效益、安全效益相統(tǒng)一，服務國家重大戰(zhàn)略，支持經濟社會發(fā)展。光伏電站作為重要的能源基礎設施，安全穩(wěn)定高效運行是經濟發(fā)展的重要保障。
參考文獻
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[2].安科瑞電氣股份有限公司產品選型手冊.2020.08
[3].GB50116-2014 建筑設計防火規(guī)范[S].
[4].GB14287.4-2014 故障電弧探測器[S].
作者簡介：
吳柯霓，女，就職于安科瑞電氣股份有限公司。
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