一起光伏组串接地故障分析处理

杨宇峰

(浙江同济科技职业学院，浙江 杭州 311231)

0 引言

我国光伏电力能源总装机容量已达全球第一，随着“碳达峰、碳中和”双碳目标的提出，光伏发电还将在未来的电力能源结构中占据更为重要的地位。光伏电站光伏组串作为光伏发电的基本单元，数量巨大，在日常运维过程中，光伏组串单极接地故障尤为常见，给光伏发电的正常运行带来极大的安全隐患。因此，故障的快速定位及处理也就显得极为重要。

1 光伏电站构成

某光伏电站一期建设规模为0.63 MW (峰值功率)电站采用直交流集中逆变的方式，设置一台630 kW 逆变器，逆变器下设8 个直流汇流箱，每个汇流箱汇流16 路直流光伏组串，每个光伏组串由20 块光伏板组成，光伏板主要参数为：峰值功率260 W，开路电压37.73 V，工作电压30.77 V。逆变器工作回路中设置有直流母线绝缘监测功能。

2 接地故障分析与处理

某光伏电站突发630 kW 逆变器接地故障报警，一般出现该现象的主要原因为汇流箱、光伏组串、连接电缆与接头等设备处发生接地所致。因此，按照从逆变器至光伏板逐步进行排查。

2.1 故障汇流箱的定位

因光伏电站逆变器设备绝缘监测是针对逆变器汇流母线设置，无法定位出接地故障发生的具体进线回路，因此需要先在逆变器柜侧采取一定的措施进行故障点的初步定位[1-3]，步骤如下。

(1) 在逆变器柜内，依次断开直流进线断路器，当报警消失和当前断开的回路相匹配时，可以判定该回路存在故障。

(2) 保持开路状态，采用数字万用表对初步判断存在故障的直流汇流回路测量对地电压。电压示值保持不变，确认此回路存在接地故障。光伏组串直流回路无接地时，数字万用表测量对地电压，测量结果会从一个示值逐渐变小，这是光伏发电回路正常和接地故障时对地电压变化的显著特征。

(3) 将回路在汇流箱内的断路器断开，测量汇流箱至集中逆变器之间电缆绝缘电阻，判断汇流箱至逆变器进线电缆是否存在接地故障。

依据上述故障判断的思路和步骤，最后判定故障来源为6 号汇流箱。

2.2 故障点的定位与处理

根据上述判定结果，重点对6 号汇流箱下游光伏组串进行故障点的精准定位。因汇流箱由16 路光伏组串回路并联组成，而每路光伏组串由20 块光伏板串联组成，按照先查找光伏组串回路，再进行光伏板定位的思路继续排查。

(1) 故障光伏组串回路定位。在汇流箱内，依次序分别断开每个光伏组串回路终端汇入箱内直流母线的熔断器，用数字万用表测量对地电压，观察其变化特征，排查出存在接地的光伏组串回路，发现3 号光伏组串回路存在接地故障的可能。

测量结果为：3 号光伏组串回路负极对地电压绝对值约为137 V，正极对地电压绝对值为548 V，正负极总电压为685 V，平均每块光伏板开路输出电压为34.25 V。由负极电压除以平均电压可得到：137/34 ≈4。根据以上结果分析，基本可以判定，在靠近3 号光伏组串负极引出线侧的第4 块和第5块光伏板之间可能存在连接电缆或接头接地，即图1 中DC 060317 号至DC 060316 号光伏板之间的连接电缆或接头处。

(2) 光伏组串故障点查找。根据分析判断，随即进入3 号光伏组串安装现场进行故障点查找，发现3 号光伏组串受现场地形影响，分布在两个区域安装，其中12 块安装一处，8 块安装在另一处，两个区域之间正负极串联电缆埋地敷设，安装方式如图1 所示。断开两个区域的埋地连接电缆两端的连接专用插头(MC4)，同时用绝缘电阻表进行电缆绝缘测试，发现负极连接电缆绝缘电阻为0 MΩ，存在接地故障。

(3) 故障处理。考虑光伏组串日后的安全运行，对埋地电缆进行了整体更换。电缆更换完成后，在汇流箱内对3 号光伏组串回路测量对地电压，符合光伏发电回路正常时电压变化特征，同时测量正负极开路电压，并和其他光伏组串的开路电压进行对比，其电压示值基本一致。随后，恢复该回路断路器，观察逆变器运行情况，接地故障报警消除。

3 故障处理总结

根据以上光伏电站光伏组串接地故障的分析、查找和处理的过程，总结类似光伏组串接地故障的处理方法。

(1) 根据直流接地的报警区域从直流回路的汇入首端逐渐向末端查寻。在直流系统开路状态下进行电压测量，根据电压显示状态的差异特征，同时借助绝缘电阻表测量接地电阻，定位出具体接地故障光伏组串区域。

(2) 根据测量的光伏组串开路状态下正负极对地电压、正负极之间的电压示值进行故障点的精准定位。一般情况下，|U(+，-)|=|U(+，0)|+|U(0，-)|，因同时发生两点接地的概率较低，可以利用公式推算接地位置点。

图1 6 号汇流箱场区3 号光伏组串连接回路

式中，N 为总的光伏板数，U(±，0)为光伏组串开路状态下正极或负极对地电压值，U(+，-)光伏组串开路状态下正负极之间的电压，计算结果n 取整数值，则故障点可定位在在光伏组串回路总的出口正极或负极的第n 块和n+1 块光伏板之间。

根据现场光伏组串中电缆的串接方式，光伏板汇聚光伏组串，并通过专用插头(MC4)与下一光伏板串联，电缆敷设在光伏板支架的线槽内，其本体及接口一般不会受到雨水侵蚀。但是串内之间、光伏组串出口进入汇流箱的电缆，由于采用比较经济的直埋方式，在敷设过程中受人为因素、施工质量管控、土壤内部尖锐物等影响，存在潜伏性隐患，因此直埋电缆发生接地故障的概率较高，所以在光伏组串接地故障排查时，可以优先考虑直埋电缆存在接地故障的可能。

(3) 接地故障判断为电缆问题时建议对连接电缆进行更换处理，处理结束恢复运行后，对接地故障处理回路运行状态进行复测和观察，确认回路运行正常后方可闭环。

4 结束语

通过一光伏电站光伏组串的接地故障分析与处理，总结了同类常发性问题的处理思路和技术方法，对故障点快速定位与处理、及时恢复设备运行具有重要意义，为检修人员在处理类似故障时提供参考。