光伏直流SPD常见问题及注意事项简析

任 恒,刘国臻,龚家军,周 华,吕蓓蓓,郭金良,阳振宇

(1.十堰市气象局，湖北十堰 442000；2．国网湖北十堰供电公司，湖北十堰 442000)

光伏发电站通常建设在空旷、日照充足、地势较高的地区，通常这种地区也是雷电的高发区，因此，光伏发电站的防雷显得尤为重要。光伏直流SPD是太阳能光伏设备防雷保护的主要装置之一。对于光伏直流SPD一些专家也做出了相应的研究。王逢士，周岐斌[1]根据有关论标准和规范,对光伏SPD进行了过载特性试验，分析了试验现象和试验结果，对光伏直流SPD的研究开发给出了指导性意见。李斌，窦俊杰[3]对我国首部新能源光伏系统电涌保护器的国家标准GB/T18802.31—2016《低压电涌保护器特殊应用(含直流)的电涌保护器第31部分:用于光伏系统的电涌保护器(SPD)性能要求试验方法》进行了解读。

随着我国光伏发电产业的迅速发展，直流SPD产品的市场需求也不断扩大，但在产品的研究和测试方法技术上都相对滞后，部分生产商直接将交流SPD生产技术做一些简单调整后用于生产直流SPD，致使产品存在一定程度的缺陷。以检测工作中所遇到的此类光伏直流SPD为例，简要分析其存在问题和检测时的注意事项，并给出一些建议和意见。

1 光伏直流SPD简介

对于太阳能光伏系统设备，由于遭受雷电流冲击或上游电源系统开关操作而引起感性或容性的耦合电压，因此产生的电涌可能会损坏光伏发电模块和逆变器等装置，将给光伏系统的运转造成严重后果，光伏直流SPD是专门为此而研制的一种电涌保护装置，对感应雷和直击雷影响或其他瞬时过电压的电涌进行保护，最高工作电压可达1 200 V。其装有耐高压的直流熔断器和断路器共两级安全保护装置，正极负极都具备双重防雷功能，可同时接入多路太阳能光伏阵列，具有安装维护简单、方便，使用寿命长的特点。

1.1 光伏直流SPD的原理

光伏直流SPD的作用是限制瞬态过电压和分泄电涌电流，它采用一种非线性特性极好的压敏电阻元件，在正常情况下，SPD处于极高的电阻状态，漏流几乎为零，从而保证电源系统正常供电。当电源系统出现电涌过压时，SPD立即在纳秒级时间内导通，将过电压的幅值限制在设备的安全工作范围内，同时将电涌能量泄放入大地，随后SPD又迅速变为高阻状态，从而不影响正常供电。

1.2 光伏直流SPD的分类

1.2.1 普通型 额定短路电流一般为300 A，内部脱离器脱离时产生的电弧不会造成设备的安全危险。

1.2.2 带直流灭弧技术型 额定短路电流可以达到1 000 A，内部脱离器脱离时产生的电弧会造成设备的安全危险，要求有直流灭弧装置，行业内有电子式灭弧、机械式灭弧等方式，电子式灭弧以SCI技术为代表性，机械式灭弧比SCI技术少了开关切换过程，降低了故障率，确保灭弧的成功率。

1.2.3 免后备熔丝型 SPD在使用时需要安装过电流装置(熔断器、断路器等)，其作用是当SPD不能切断工频短路电流时，可以避免SPD过热和损坏。但在实际工程使用中配置多大的后备保护装置一直存在疑义，矛盾较多，配置的后备熔丝往往无法耐受SPD正常工作时流过的电涌电流，针对这种情况，在原有的防雷性能基础上将后备熔丝做到SPD模块内部，将后备熔丝与SPD的功能进行整合。

2 光伏直流SPD常见问题及注意事项

目前直流SPD的检测，主要包括查看常规外观脱扣装置以及对SPD的启动电压和漏电流的静态参数检测，并根据规范规定的参考值，对SPD的实际性能作出较为准确的评估。在对十堰某光伏电站的防雷设施进行检测时发现,该电站光伏汇流箱内均安装有一台直流SPD，厂家提供的这款QD-F/2DC40普通型直流SPD电路图如图1所示，在SPD模块外观上标识为：Uc:～1 000 Vdc，In:20 kA(8/20 us)，Imax:40 kA(8/20us)，Up:≤2.0 kV。

图1 厂家提供的光伏直流SPD电路图

2.1 常见问题

2.1.1 接地端口 结合图1并从该款光伏直流SPD的外观可以看出，这款直流SPD共有三个接地标识和接地端口，如果安装人员将地线接在下方任意一个端口上，就会造成L相或N相都没有和PE相的压敏电阻串联，从而达不到设计启动电压标准，造成模块频繁启动，降低使用寿命。在安装此类光伏直流SPD时应注意，安装前应使用万用表检查下部两个接地端口是否和PE相导通或等电位，若不导通,说明该SPD无法保护光伏设备,应停止安装，以免造成不必要的损失；若导通，应将地线连接在PE相接地端口上，使L相或N相模块内的压敏电阻和PE相内的压敏电阻串联，从而达到设计要求的启动电压值。所以在设计和生产时，光伏直流SPD下部的两个接地端子不应开孔，若已开孔应不标识或盖住端口孔。

由于光伏直流SPD采用的是L相和N相都和PE相串联的方式来保护线路，在实际运行和工作中有可能L和N两相同时遭受雷击电涌或上游电涌的冲击，那么，此时PE相所受到的电涌冲击为L相或N相的二倍，长期以往会加速PE相压敏电阻的劣化和产品的脱扣。因此，建议PE相内的压敏电阻的最大通流值应为其他两相最大通流值的二倍，以减缓PE相劣化速度，延长产品使用寿命。

2.1.2 外观标识 由于光伏直流SPD都安装在逆变器前端的直流电路上，所以最大工作电压不应用Uc来标识，应替换为最高连续电压Ucpv标识，并且不应用交流符号 “～”，应改为直流符号“—”。

2.2 注意事项

从外观上看，该直流SPD两块压敏电阻模块是相互独立的。单片压敏电阻无法通1 000 V的直流耐压测试，所以在直流SPD内部,实际上是将L相或N相模块内的压敏电阻和PE相内的压敏电阻串联，采用的都是两片压敏电阻串联保护模式。因此在实际检测工作中，应将L相和PE相(或N相和PE相)当成一组模块，对此类光伏直流SPD的启动电压和漏电流进行测试 (如图2)。

图2 光伏直流SPD启动电压和漏电流测试示意图

3 结语

在光伏电站的雷电防护装置检测工作中，除了应注意文中提高的一些问题外,还应注意以下几点：①在检测过程中，严禁断开电流线，并且在电流极处要有专人看护；②在检测过程中，应落实好安全防护措施，安排场站专门人员陪同，在晴好天气进行检测。

参考文献：

[1] 王逢士，周岐斌. 用于光伏系统直流侧SPD的过载特性试验与分析[C]// 中国气象学会.第31届中国气象学会年会论文集.2014:1159-1165.

[2] 李斌，窦俊杰.光伏系统电涌保护器新国标的解读[J].电器工业 ，2016(8)：70-73.