國家電投河北電力有限公司承德分公司 高新杰

光伏電站匯流箱是大型光伏電站最基本的電量匯集單元，匯流箱監(jiān)測單元作為核心部件不僅負責采集箱內(nèi)電量、溫度及開關(guān)量，還要對匯流箱進行故障診斷，最終將這些采樣數(shù)據(jù)及故障診斷結(jié)果通過485通訊上送到44后臺供用戶決策。因為受到光伏組件及匯流箱體的遮蔽且受到支架上接閃器的保護，所以監(jiān)測單元不會遭受直擊雷的損壞，只會受到強烈雷電電磁脈沖的侵襲。雖然箱內(nèi)具有電源防雷器及通訊防雷器來應對雷電電磁脈沖的侵襲，但是監(jiān)測單元依然經(jīng)常發(fā)生強弱電模塊之間的絕緣被擊穿或RS485通訊模塊失效的現(xiàn)象，這種情況無論對用戶還是廠家而言都造成巨大的損失。針對光伏匯流箱監(jiān)測單元的常見雷擊事故進行詳細分析并提出相應改進措施。

1 現(xiàn)狀分析

監(jiān)控工程屬于前期施工，監(jiān)控錄像機由IPC網(wǎng)絡攝像頭來組成，整體架構(gòu)屬于兩臺DVR監(jiān)控錄像機通過網(wǎng)絡來管理錄取圖像。整體監(jiān)控產(chǎn)品施工沒有問題，且因網(wǎng)絡監(jiān)控和光伏網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通訊兩條網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通過一條環(huán)網(wǎng)光纖合并在同一個交換機上，造成網(wǎng)絡監(jiān)控延時、網(wǎng)絡通訊故障頻發(fā)。

問題分析：現(xiàn)有有6臺攝像機無視頻圖像，部分視頻監(jiān)控遇雷擊、防雷模塊損壞，部分光收發(fā)器損壞。1號逆變器室與2號逆變器室視頻監(jiān)控光收發(fā)器損壞，插到交換機之后造成主控后臺通訊癱瘓，拔掉視頻監(jiān)控網(wǎng)線主控后臺通訊恢復正常。分析原因，屬于視頻監(jiān)控故障造成主控后臺通訊癱瘓，因為網(wǎng)絡視頻監(jiān)控通訊和光伏網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通訊在同一條光纖下，所以造成主控后臺整體癱瘓無數(shù)據(jù)。

解決方案：對于現(xiàn)有網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)進行從新升級改造，網(wǎng)絡攝像頭與光伏網(wǎng)絡通訊分開走網(wǎng)，使雙方通訊配置互不干擾，既大大增加雙方帶寬又提高通訊的穩(wěn)定性。站內(nèi)監(jiān)控主交換機采用核心光交換機，12光、12電口、三層交換、支持VLAN、背板帶寬充分，采用SFP插拔光模塊。局端用光纜熱熔接，降低損耗。局端采用2光4電千兆光交換機。SFP模塊對端使用。網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)優(yōu)化簡潔美觀，故障率降低，交換機均為千兆模塊口，加電口，帶寬每口均大于或等于1.25G。交換機均為工業(yè)級產(chǎn)品，耐高溫、壽命長、容錯率低、帶糾錯、電源適應范圍寬。多電口備用，為增加擴展做容量。

2 原因分析

絕緣擊穿事故分析。由于電壓監(jiān)測模塊用于監(jiān)測母線電壓，額定電壓值為1000VDC，故屬于強電部分，而RS485通訊模塊則屬于弱電部分，從設(shè)計布局來看強弱電模塊之間本身具有6kV的耐壓能力。根據(jù)《CGC/GF002：2010光伏匯流箱技術(shù)規(guī)范》要求，電源防雷標稱放電電流In應大于等于20kA，電壓保護水平小于4kV。匯流箱內(nèi)的電源防雷器由三個模塊構(gòu)成，分別為電源防雷+、電源防雷-、電源防雷PE，三個模塊形成正對負、正對地、負對地三種保護模式。如果電源防雷器起到保護作用將殘壓限制到4kV，那么電壓監(jiān)測模塊與通訊模塊之間的絕緣是不應被擊穿的，但事實并非如此。

造成強弱電模塊絕緣擊穿的原因分如下：在光伏電站中接地電阻不超過4Ω，假設(shè)匯流箱正極遭受雷電電磁脈沖侵襲，此時電源防雷+和電源防雷PE動作。實際工程中一般不大于20kA，則電源防雷+和電源防雷PE之間的電壓不應超過電壓保護水平。匯流箱遭受雷電電磁脈沖侵襲后很多監(jiān)測單元上電壓測量模塊與485通訊模塊之間的絕緣被擊穿。當RS485總線上遭受雷擊時，由于TVS管動作時間小于等于1ps，而陶瓷氣體放電管動作時間小于等于100ns，故TVS管先于陶瓷氣體放電管動作。針對通訊裝置元器件燒損與匯流箱檢測模塊失效的現(xiàn)象問題，目前產(chǎn)品主要有網(wǎng)絡避雷器和信號避雷器，光伏發(fā)電站逆變室的通訊裝置與匯流箱檢測模塊RS485通訊線之間，選用信號避雷器能起到對通訊裝置保護。

表1 避雷器參數(shù)

3 光伏電站通訊裝置故障解決措施

定期檢查參數(shù)設(shè)置。一般匯流箱通訊參數(shù)主要涉及到站地址、波特率及通訊協(xié)議，其中匯流箱通訊參數(shù)地址根據(jù)上位機定義進行一系列的設(shè)置，如1號匯流箱可以設(shè)置為01，依次進行類推；波特率需要根據(jù)匯流箱說明書進行科學性的選擇設(shè)置，一般波特率為9600；通訊協(xié)議需要依據(jù)設(shè)備說明書具體情況進行合理性的設(shè)置，一般選擇modbus通訊協(xié)議。由此可見，定期檢查參數(shù)設(shè)置可以確保光伏電站通訊裝置穩(wěn)定的運行，也是確保光伏裝置功能得到有效發(fā)揮。

通訊電纜接線檢查。匯流箱RS-485通訊組網(wǎng)進行連接時，僅需將A、B、屏蔽層接至端子排對應端子即可，且滿足以下要求：通訊電纜需要用雙絞，目的為了有效地屏蔽電纜，端子屏蔽層也要利用有效的方式剝離干凈，為了保證通訊端子螺絲可以直接壓接在屏蔽層，減少通訊線虛接現(xiàn)象的發(fā)生；通訊電纜屏蔽層應連續(xù)，通訊電纜需要利用菊花鏈即手拉手的方式進行連接，屏蔽層之間也要可靠連接在一起且屏蔽層必須接大地；A、B接線時一定要認真進行檢查以及核實，避免接反現(xiàn)象的出現(xiàn)，A與B主要是雙絞接線；485通訊網(wǎng)絡接線必須采用菊花鏈即手拉手方式，不能采用星形。

4 逆變器室交換機故障技改方案

網(wǎng)絡設(shè)備涉及到的防雷工作也是當下亟需解決的問題，由于夏季雷雨天氣比較頻繁，也使增加網(wǎng)絡運營設(shè)備對雷電防御難度系數(shù)不斷增加，也是促進交換機防雷相關(guān)方案的不斷優(yōu)化，有利于降低雷擊帶來不必要的損失。

表2 網(wǎng)絡電源二合一避雷器參數(shù)

通過對太網(wǎng)交換機在具體實際工程使用進行針對性的研究，可找到雷電造成設(shè)備故障的兩方面因素：一方面，電源線以及雙絞線對雷電敏感度高以及兩者和雷電產(chǎn)生一定程度的感應，也造成設(shè)備不同程度的損害；另一方面，雷電電流滲到地面過程中，接地電阻的存在造成嚴重的壓降現(xiàn)象，迫使地電位不斷升高，反向擊穿設(shè)備。為此，嚴格遵循相關(guān)國內(nèi)外優(yōu)秀的防雷標椎，對網(wǎng)絡交換機采取行之有效的防雷保護措施。針對逆變器室交換機故障問題，目前產(chǎn)品主要有網(wǎng)絡電源二合一避雷器，如光伏發(fā)電站逆變室的交換機故障，選用網(wǎng)絡避雷器能起到對電站逆變室交換機的保護作用。