光伏系统接地故障的研究

摘要：文章介绍了光伏系统中接地故障的产生原因，针对其危害性，重点论述了采用平衡电阻法对接地故障的检测系统。其能实现光伏系统母线对地电压、母线绝缘电阻、支路绝缘电阻的实时测量，提高系统运行的安全和稳定性。

关键词：光伏系统；接地故障；绝缘电阻

中图分类号：TM464 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）32-0079-02

随着经济社会的发展，传统的能源日益枯竭，人类对可再生能源的需求越来越大。丰富的太阳能资源是重要的能源，是取之不尽、用之不竭、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。随着光伏组件的价格持续走低以及国家的各种支持政策，光伏项目日益增多，现场越来越多的问题与事故表明接地故障是光伏电站安全与稳定的一个

难题。

1 接地故障的原因及其危害

光伏系统布线复杂、支路多、距离长，不可避免地会有龋齿类动物咬破电缆、线缆自然老化或外力等因素而导致线缆绝缘层的破坏，使光伏线缆正极或负极对地间的绝缘电阻值降低至某一规定值，出现接地故障。

在光伏系统中，通常直流侧正负极都是对地绝缘的，在发生一极接地时由于没有构成接地电流的通路而不引起任何危害，但是一极接地长期工作是不允许的，因为另外一个地点同时发生接地时，将可能造成直流电源短路，输出熔断器熔断，开关烧毁，逆变器可能出现故障，严重影响机房内其他设备的安全运行。尤其是对于金属屋面电站，金属屋面作为一个良好的导体，直流短路后果不堪设想，严重时发生短路电弧，烧穿屋面引起火灾。

同时，电缆的绝缘下降还会造成运营维护人员的人身安全问题。另外，由于光伏系统直流输入、输出回路多，为方便安全运维，也有必要有效地监测和查找出绝缘下降的具体支路，及时处理，使系统安全稳定运行。

2 接地故障的检测

2.1 接地故障检测原理

如图1所示，光伏系统主回路正负极分别连接平衡电阻R至地，通过隔离电压变送器测量R两端电压即正负极对地电压U+和U-。

汇流箱支路、逆变器支路线缆通过高灵敏度的非接触式直流漏电流传感器。当支路绝缘情况正常时，流过传感器的正负电流大小相等、方向相反，其输出信号为零；当支路有接地时，漏电流传感器有差流流过，传感器的输出不为零。

R+和R-为支路的正负电缆的对地等效绝缘电阻，当绝缘性能降低时，对地等效电阻减小。

图1 接地故障检测原理图

假设逆变器支路正极对地绝缘下降，即R+减小。设此时测得的正极和负极对地电压分别为U+和U-，则

（1）

正对地电压偏移额定值UN/2的范围：

（2）

设正对负额定电压为UN，通过漏电流传感器的电流：

（3）

在正极绝缘R+下降的时候，通过合理的电阻R设置，可以得到漏电流传感器采样范围之内的漏电流Il1。

负极接地和正极接地基本一致，在此不再详述。

2.2 检测母线对地电压

采用隔离电压变送器分别测量正负极母线对地电压U+和U-，根据经验值设U1和U2为电压整定值的上下限。当U+U1时，说明正极绝缘下降；当U+>U1且U-

2.3 检测母线绝缘电阻

通过检测母线对地电压，判断母线绝缘下降。设正负母线绝缘电阻分别为R+和R-，则根据式（4）可以求出R+、R-和平衡电阻R及正负母线对地电压U+、U-的关系，根据数据分析绝缘电阻的范围和母线的绝缘效果。

（4）

2.4 检测支路绝缘电阻

光伏系统中的任一条汇流箱和逆变器支路，从电源正端流出的电流I+，流经全部支路负载后，返回电流负端的支路电流为I-，当该支路没有漏电流时，穿过传感器的电流大小相等、方向相反，I+和I-产生的磁场相抵消，传感器输出为零。而当该支路有接地情况时，流经传感器的正负方向电流大小不等，传感器输出一个反应该差值大小和方向的信号，该信号根据母线电压及平衡电阻值R以及Il的大小，根据式（3）可计算出该支路的接地电阻值如式（5）所示：

（5）

3 结语

在化石能源日益紧张和国家利好政策的大力支持的背景下，光伏发电发展日益迅速，对其安全与稳定的要求也越来越高。采用平衡电阻检测光伏系统的接地故障，监测装置与被监测的直流系统无任何电气联系，光伏系统不加入任何外来电气量，绝缘可靠。传感器检测的是直流差流信号，因此与系统分布电容无关，抗干扰能力强。能实现光伏系统母线对地电压、母线绝缘电阻、支路绝缘电阻的实时测量，提高了系统运行的安全和稳定性。

参考文献

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作者简介：肖新元（1985—），男，湖北孝感人，珠海兴业新能源科技有限公司助理工程师，研究方向：电子信息科学技术。