光伏汇流箱直流断路器的选型

特变电工新疆新能源股份有限公司 ■ 张晓峰

0 引言

随着近几年光伏电站的飞速发展，光伏电站也由最初对发电量和规模的追求，逐渐转向追求系统度电成本更低和系统安全可靠性更高。

光伏发电系统要做到安全可靠性更高，首先最主要的是设备的设计，即选择必须合理且可靠。汇流箱作为光伏阵列一级汇流设备，是光伏电站电源的源头，而汇流箱里的主要元器件直流断路器的选择正确与否，直接关系到汇流箱运行的可靠性。因此，本文通过一些工程项目实际运行经验，结合相关的标准规范，就直流断路器的选型做一些简单的介绍。

1 光伏直流断路器的介绍

目前光伏市场上主要使用的直流断路器有北京人民、ABB、诺雅克和LS，这几家的产品基本都是四极形式通过串联方式(接法见图1)实现光伏系统的使用要求。

由于目前光伏直流系统的最高电压普遍为1000 VDC，因此，可通过上图1中两种串联方式来提高断路器额定电压，保证直流断路器的绝缘要求。

2 光伏直流断路器的选型

2.1 额定工作电压和额定电流的选择

光伏汇流箱内直流断路器的额定工作电压和额定电流应分别不低于直流汇流线路、汇流箱的额定工作电压和工作电流。

以单块功率为250 Wp的多晶组件，20块1串，16汇1的汇流箱为例。汇流箱额定工作电压Ue＞20倍组件额定电压，额定工作电流Ie＞16倍组件额定电流。

根据组件的特性，其短路电流和正常工作电流相差很小，所以直流断路器的选择主要考虑组件超发情况下，一般按照1.25 Isc选取。

2.2 海拔对选型的影响

随着海拔高度的增加，首先表现为当地大气压力小于标准大气压力，空气稀薄，导致绝缘介质强度降低。由于直流断路器的绝缘介质是空气，因此直流断路器的绝缘和额定电流相应降低，并且随海拔的增高绝缘能力和额定电流大小呈递减趋式。因此，直流断路器的绝缘性能减弱，此时需考虑对直流断路器乘以相应降容系数。表1是某厂家选型手册上的高海拔降容系数表。

由表1可看出，光伏直流断路器使用在2000 m及以下，可不用考虑降容；超过2000 m，其降容相当明显。因此在海拔超过2000 m时，直流断路器的选择就必须考虑降容。

表1 直流断路器的海拔降容系数表

2.3 温度对选型的影响

直流断路器运行在不同环境温度下，其额定工作电流也会发生变化。再加上大多数汇流箱内均配有防反二极管，由于防反二极管的发热较严重，如果断路器运行的环境温度超过设计的标准工作温度，则需按照相应降容系数对断路器进行选型。断路器运行环境温度降容系数如表2所示。

表2 直流断路器的温度降容系数表

2.4 接线形式对选型的影响

光伏直流断路器采用四极外部极间串联方式(按国家标准温升试验方法为：极与极之间要串联4 m符合额定电流截面积的铜导线)。由于未规定串联极间导体的截面积和长度，导致在汇流箱生产过程中，因受汇流箱的体积限制，极与极之间只能连接约等于相间距长度的导线或铜短接板。这与国家标准温升规定的长度相差悬殊，导致串联导体散热差，造成直流断路器的误动作。

根据IEC规定：光伏串用直流微型断路器的额定电流值应符合1.25Isc≤In≤2Isc。光伏模块/光伏串的短路电流根据试验得知：直流塑壳断路器用短导体连接将会产生25%以上的降容系数。

因此，若汇流箱内直流断路器采用此种方式，则必须考虑0.75倍左右的降容系数，并且此种连接方式的降容在光伏直流断路器选型中应作为首要条件。

3 结束语

光伏汇流箱为光伏电站直流汇流系统的主要设备，为了保证汇流箱能安全可靠地运行，必须对汇流箱内的直流断路器进行准确选型。了解直流断路器在不同环境条件下的使用要求，是对直流断路器正确选型的必要条件。

[1] 李钟实.太阳能光伏发电系统设计施工与维护[M].北京：人民邮电出版社，2010.

[2] GB50797-2012，光伏发电站设计规范[S].