摘要：文章介紹了光伏系統(tǒng)中接地故障的產(chǎn)生原因，針對(duì)其危害性，重點(diǎn)論述了采用平衡電阻法對(duì)接地故障的檢測(cè)系統(tǒng)。其能實(shí)現(xiàn)光伏系統(tǒng)母線對(duì)地電壓、母線絕緣電阻、支路絕緣電阻的實(shí)時(shí)測(cè)量，提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全和穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：光伏系統(tǒng)；接地故障；絕緣電阻

中圖分類(lèi)號(hào)：TM464 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）32-0079-02

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，傳統(tǒng)的能源日益枯竭，人類(lèi)對(duì)可再生能源的需求越來(lái)越大。豐富的太陽(yáng)能資源是重要的能源，是取之不盡、用之不竭、無(wú)污染、廉價(jià)、人類(lèi)能夠自由利用的能源。隨著光伏組件的價(jià)格持續(xù)走低以及國(guó)家的各種支持政策，光伏項(xiàng)目日益增多，現(xiàn)場(chǎng)越來(lái)越多的問(wèn)題與事故表明接地故障是光伏電站安全與穩(wěn)定的一個(gè)

難題。

1 接地故障的原因及其危害

光伏系統(tǒng)布線復(fù)雜、支路多、距離長(zhǎng)，不可避免地會(huì)有齲齒類(lèi)動(dòng)物咬破電纜、線纜自然老化或外力等因素而導(dǎo)致線纜絕緣層的破壞，使光伏線纜正極或負(fù)極對(duì)地間的絕緣電阻值降低至某一規(guī)定值，出現(xiàn)接地故障。

在光伏系統(tǒng)中，通常直流側(cè)正負(fù)極都是對(duì)地絕緣的，在發(fā)生一極接地時(shí)由于沒(méi)有構(gòu)成接地電流的通路而不引起任何危害，但是一極接地長(zhǎng)期工作是不允許的，因?yàn)榱硗庖粋€(gè)地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生接地時(shí)，將可能造成直流電源短路，輸出熔斷器熔斷，開(kāi)關(guān)燒毀，逆變器可能出現(xiàn)故障，嚴(yán)重影響機(jī)房?jī)?nèi)其他設(shè)備的安全運(yùn)行。尤其是對(duì)于金屬屋面電站，金屬屋面作為一個(gè)良好的導(dǎo)體，直流短路后果不堪設(shè)想，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生短路電弧，燒穿屋面引起火災(zāi)。

同時(shí)，電纜的絕緣下降還會(huì)造成運(yùn)營(yíng)維護(hù)人員的人身安全問(wèn)題。另外，由于光伏系統(tǒng)直流輸入、輸出回路多，為方便安全運(yùn)維，也有必要有效地監(jiān)測(cè)和查找出絕緣下降的具體支路，及時(shí)處理，使系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 接地故障的檢測(cè)

2.1 接地故障檢測(cè)原理

如圖1所示，光伏系統(tǒng)主回路正負(fù)極分別連接平衡電阻R至地，通過(guò)隔離電壓變送器測(cè)量R兩端電壓即正負(fù)極對(duì)地電壓U+和U-。

匯流箱支路、逆變器支路線纜通過(guò)高靈敏度的非接觸式直流漏電流傳感器。當(dāng)支路絕緣情況正常時(shí)，流過(guò)傳感器的正負(fù)電流大小相等、方向相反，其輸出信號(hào)為零；當(dāng)支路有接地時(shí)，漏電流傳感器有差流流過(guò)，傳感器的輸出不為零。

R+和R-為支路的正負(fù)電纜的對(duì)地等效絕緣電阻，當(dāng)絕緣性能降低時(shí)，對(duì)地等效電阻減小。

圖1 接地故障檢測(cè)原理圖

假設(shè)逆變器支路正極對(duì)地絕緣下降，即R+減小。設(shè)此時(shí)測(cè)得的正極和負(fù)極對(duì)地電壓分別為U+和U-，則

（1）

正對(duì)地電壓偏移額定值UN/2的范圍：

（2）

設(shè)正對(duì)負(fù)額定電壓為UN，通過(guò)漏電流傳感器的電流：

（3）

在正極絕緣R+下降的時(shí)候，通過(guò)合理的電阻R設(shè)置，可以得到漏電流傳感器采樣范圍之內(nèi)的漏電流Il1。

負(fù)極接地和正極接地基本一致，在此不再詳述。

2.2 檢測(cè)母線對(duì)地電壓

采用隔離電壓變送器分別測(cè)量正負(fù)極母線對(duì)地電壓U+和U-，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值設(shè)U1和U2為電壓整定值的上下限。當(dāng)U+U1時(shí)，說(shuō)明正極絕緣下降；當(dāng)U+>U1且U-

2.3 檢測(cè)母線絕緣電阻

通過(guò)檢測(cè)母線對(duì)地電壓，判斷母線絕緣下降。設(shè)正負(fù)母線絕緣電阻分別為R+和R-，則根據(jù)式（4）可以求出R+、R-和平衡電阻R及正負(fù)母線對(duì)地電壓U+、U-的關(guān)系，根據(jù)數(shù)據(jù)分析絕緣電阻的范圍和母線的絕緣效果。

（4）

2.4 檢測(cè)支路絕緣電阻

光伏系統(tǒng)中的任一條匯流箱和逆變器支路，從電源正端流出的電流I+，流經(jīng)全部支路負(fù)載后，返回電流負(fù)端的支路電流為I-，當(dāng)該支路沒(méi)有漏電流時(shí)，穿過(guò)傳感器的電流大小相等、方向相反，I+和I-產(chǎn)生的磁場(chǎng)相抵消，傳感器輸出為零。而當(dāng)該支路有接地情況時(shí)，流經(jīng)傳感器的正負(fù)方向電流大小不等，傳感器輸出一個(gè)反應(yīng)該差值大小和方向的信號(hào)，該信號(hào)根據(jù)母線電壓及平衡電阻值R以及Il的大小，根據(jù)式（3）可計(jì)算出該支路的接地電阻值如式（5）所示：

（5）

3 結(jié)語(yǔ)

在化石能源日益緊張和國(guó)家利好政策的大力支持的背景下，光伏發(fā)電發(fā)展日益迅速，對(duì)其安全與穩(wěn)定的要求也越來(lái)越高。采用平衡電阻檢測(cè)光伏系統(tǒng)的接地故障，監(jiān)測(cè)裝置與被監(jiān)測(cè)的直流系統(tǒng)無(wú)任何電氣聯(lián)系，光伏系統(tǒng)不加入任何外來(lái)電氣量，絕緣可靠。傳感器檢測(cè)的是直流差流信號(hào)，因此與系統(tǒng)分布電容無(wú)關(guān)，抗干擾能力強(qiáng)。能實(shí)現(xiàn)光伏系統(tǒng)母線對(duì)地電壓、母線絕緣電阻、支路絕緣電阻的實(shí)時(shí)測(cè)量，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的安全和穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1] 李鐘實(shí).太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工與維護(hù)[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[2] 王守相，王成山.現(xiàn)代電力系統(tǒng)分析[M].北京：高等教育出版社，2007.

[3] 鮑諺，姜久春.新型直流系統(tǒng)絕緣在線監(jiān)測(cè)方法[J].高電壓技術(shù)，2011，（2）：333.

[4] 光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)要求（GB/T 19939-2005）[S].

[5] Jain M.B.，Srinivas M.B.，Jain，A.A novelweb based expert system architecture for on-line andoff-line fault Diagnosis and control （ FDC ） of powersystem equipment .Power System Technology and IEEEPower India Conference. New Delhi， India： IEEE， 2008：1-5.

作者簡(jiǎn)介：肖新元（1985—），男，湖北孝感人，珠海興業(yè)新能源科技有限公司助理工程師，研究方向：電子信息科學(xué)技術(shù)。