江蘇安科瑞電器制造有限公司 顧城

【摘要】：國(guó)家雙碳政策下，光伏發(fā)電將在未來(lái)能源結(jié)構(gòu)中承擔(dān)主力軍角色，同時(shí)也將進(jìn)入一個(gè)蓬勃發(fā)展的新時(shí)代。2021年，分布式光伏電站新增容量超過(guò)集中式電站，標(biāo)志著分布式光伏電站進(jìn)入大規(guī)模快速增長(zhǎng)階段，但是，隨之而來(lái)的“安全問(wèn)題"也越來(lái)越多，已經(jīng)到了迫切需要解決的地步。

“安全"是一切產(chǎn)業(yè)的命脈，是一票否決的原則性問(wèn)題，光伏電站安全運(yùn)營(yíng)也是電站取得商業(yè)回報(bào)的根基所在。隨著“整縣推進(jìn)"項(xiàng)目不斷落地實(shí)施，大量政府機(jī)關(guān)、學(xué)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。一直以來(lái)，光伏電站“防電弧"和“防火災(zāi)"發(fā)生是光伏電站的難點(diǎn)、屋頂電站的痛點(diǎn)、政府關(guān)注的焦點(diǎn)、社會(huì)yl的焦點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】：分布式光伏電站；故障電弧探測(cè)器；電氣火災(zāi)

引言

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，城市建設(shè)越來(lái)越快，進(jìn)入城市的人口越來(lái)越多，城市建設(shè)逐漸向高密集型、智能化方向發(fā)展，現(xiàn)代大體量建筑、公眾集聚場(chǎng)所建筑和一類高層建筑越來(lái)越多，隨之而來(lái)的火災(zāi)隱患也在大大增加。電氣設(shè)備在使用過(guò)程可能因自身故障引發(fā)安全事件，從而造成難以估量的后果。究其原因發(fā)現(xiàn)，設(shè)備設(shè)計(jì)、制造、 安裝以及后期使用維護(hù)、電氣設(shè)備故障、線路老化等均是導(dǎo)致安全事件出現(xiàn)的主要因素。基于此，一定要對(duì)電氣設(shè)備使用給予足夠重視，為內(nèi)部電弧增添相應(yīng)保護(hù)設(shè)施，以免電氣設(shè)備功能受到影響。

故障電弧產(chǎn)生原因及危害

故障電弧是指由于電氣線路或設(shè)備中絕緣老化破損、電氣連接松動(dòng)、空氣潮濕、電壓電流急劇升高等原因引起空氣擊穿所導(dǎo)致的氣體游離放電現(xiàn)象。故障電弧發(fā)生時(shí)，其中心溫度可高達(dá)3000 ℃左右，并伴隨有金屬噴濺物，足以引燃任何可燃物，引發(fā)電氣火災(zāi)，對(duì)人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全造成危害。

電弧的分類

電弧分為好弧與壞弧，好弧是指電路正常時(shí)產(chǎn)生的火花，例如，插頭脫離插座時(shí)生成的電弧會(huì)快速熄滅，并不會(huì)對(duì)設(shè)備造成負(fù)面影響，這類電弧不會(huì)威脅設(shè)備以及使用人員生命安全。壞弧主要是因線路老化、空氣潮濕、短路等因素所導(dǎo)致。根據(jù)電弧出現(xiàn)時(shí)電流大小不同，可將電弧細(xì)分為大電弧及小電弧；若將故障出現(xiàn)位置作為劃分標(biāo)準(zhǔn)，又可分為串聯(lián)電弧故障、并聯(lián)電弧故障等。

●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。

●并聯(lián)電弧

并聯(lián)電弧主要由線路破損引起的正負(fù)極性導(dǎo)體短接，或者組串電纜之間短接引起的。當(dāng)組串電纜被機(jī)械擠壓或磨損時(shí)，在正負(fù)極之間，或者不同組串之間就會(huì)產(chǎn)生電弧放電，這就是并聯(lián)電弧故障。還有一種情況也會(huì)導(dǎo)致并聯(lián)電弧，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)串聯(lián)電弧沒(méi)有及時(shí)處理時(shí)，串聯(lián)電弧的熱量燒壞電纜絕緣層，也會(huì)產(chǎn)生并聯(lián)電弧。

當(dāng)組件方陣主要導(dǎo)體之間發(fā)生并聯(lián)電弧將會(huì)造成重大火災(zāi)事故。通過(guò)切斷光伏系統(tǒng)直流母線或相應(yīng)組串可以熄滅串聯(lián)故障電弧，然而卻無(wú)法熄滅并聯(lián)故障電弧，甚至可能導(dǎo)致更大的電流通過(guò)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(hù)功能，不能檢測(cè)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。

●接地電弧

部件老化破損或機(jī)械損傷導(dǎo)致對(duì)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(jiàn)，目前，解決方法為逆變器停機(jī)，等接地處干燥后再開(kāi)機(jī)運(yùn)行，這種方法并不能合理排除隱患，同時(shí)增加人身觸電的風(fēng)險(xiǎn)。

故障電弧探測(cè)器檢測(cè)原理

探測(cè)器通過(guò)對(duì)電路中電弧電流的檢測(cè)、處理、分析，判別故障電弧是否發(fā)生及持續(xù)，決定是否需要分?jǐn)嚯娐芳鞍l(fā)出警報(bào)。探測(cè)器采用智能微控制器(MCU)作為控制中心，對(duì)電流互感器線圈采集到的微弱電流信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)波形處理，分析波形特點(diǎn)， 并與存儲(chǔ)的電弧故障波形數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比較、判別，確認(rèn)電弧故障是否發(fā)生。通常，探測(cè)器需具備如下特性： 其一，準(zhǔn)確的電弧電流檢測(cè)功能（mA 級(jí)）。其二，快速的電弧 波形分析能力（ms 級(jí)）。其三，準(zhǔn)確的故障波形特征庫(kù)，并有一定“學(xué)習(xí)"功能，能準(zhǔn)確判斷不同負(fù)載下的串聯(lián)或并聯(lián)電弧故 障。其四，可靠的動(dòng)作特性，發(fā)生串、并聯(lián)電弧故障時(shí)快速分 斷電路，電路正常工作時(shí)不誤動(dòng)作，進(jìn)而保障供電連續(xù)。

安科瑞一站式保護(hù)方案

在末端電箱設(shè)置故障電弧探測(cè)器

系統(tǒng)組網(wǎng)圖如下：

故障電弧可以對(duì)接AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理平臺(tái)，具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)接收、處理、存儲(chǔ)、訪問(wèn)能力，平臺(tái)融入了電力監(jiān)控、電能統(tǒng)計(jì)、電氣安全等功能，互聯(lián)互通，合理互動(dòng)。

結(jié)束語(yǔ)

伴隨時(shí)代發(fā)展變化以及社會(huì)進(jìn)步，電氣設(shè)備已經(jīng)成為現(xiàn)代建筑重要的一部分，是決定建筑安全性、實(shí)用效果的關(guān)鍵因素。但設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中偶爾會(huì)出現(xiàn)一些故障，在影響居民日常生活的同時(shí)可能會(huì)造成難以估量的后果，這種情況之所以出現(xiàn)主要是因電弧的產(chǎn)生。由此可見(jiàn)，對(duì)其進(jìn)行深入研究分析并設(shè)計(jì)電弧保護(hù)具有較為重要的意義與作用，能夠合理降低故障出現(xiàn)概率，延長(zhǎng)其生命周期，減少故障維修時(shí)投入的資金成本，具有較為顯著的經(jīng)濟(jì)效益。