曾 飛，黃瑜頌，劉書強(qiáng)，胡振球，詹佳才，邊松濤

（廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，廣東 佛山 528333）

光伏電站一般建在高處或者空曠的戶外，光伏方陣、逆變器、匯流箱等電氣設(shè)備暴露在自然界中，一旦遭受雷擊，將對(duì)設(shè)備、人員造成嚴(yán)重的損害，為此，電氣設(shè)備之間需形成良好的等電位連接，使電站在受到雷擊時(shí)各部分設(shè)備之間不存在電位差，避免雷電流產(chǎn)生的高電位差對(duì)設(shè)備的破壞，從而達(dá)到保護(hù)的目的［1-3］。接地連續(xù)性是衡量等電位連接效果的一個(gè)指標(biāo)，通過測(cè)量選定接地點(diǎn)對(duì)地電阻或者連接通路的連接電阻大小，判斷設(shè)備之間電氣連接是否良好，是一個(gè)重要的安規(guī)測(cè)試項(xiàng)目。何帆等［4］、戴穗等［5］我國多座光伏電站進(jìn)行安規(guī)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)目前國內(nèi)光伏電站存在較多接地連續(xù)失效，安全隱患較大；張玉祥等［6］分析了光伏陣列之間金屬連接部件的連接質(zhì)量，提出多種陣列之間金屬連接部件存在的質(zhì)量問題。

1 檢測(cè)依據(jù)和方法

1.1 檢測(cè)依據(jù)

光伏電站接地連續(xù)性測(cè)試主要參考標(biāo)準(zhǔn)有CNCA/CTS 0004—2010《并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)工程驗(yàn)收基本要求》、CNCA/CTS 0016—2015《并網(wǎng)光伏電站性能檢測(cè)與質(zhì)量評(píng)估技術(shù)規(guī)范》2 項(xiàng)，其中前者的相關(guān)條款中對(duì)接觸電阻沒有明確的測(cè)試方法和限值要求，后者則提供了具體的測(cè)試和判定方法，限值為不高于0.1 Ω，如表1 所示。

表1 接地連續(xù)性相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

此外，IEC 62446：2009 Grid connected photovoltaic systems-Minimum requirements for system、GB/T 32512—2016《光伏發(fā)電站防雷技術(shù)要求》、GB 50797—2012《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB 50057—2010《建筑物防雷規(guī)范》、GB/T 50065 《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)均提出了光伏方陣或電氣裝置的接地電阻要求，但未對(duì)設(shè)備間接地連續(xù)性作明確規(guī)定。

1.2 測(cè)試原理

當(dāng)電氣設(shè)備之間的導(dǎo)通性良好時(shí)，接觸電阻一般在mΩ 量級(jí)，此時(shí)連接測(cè)量?jī)x器與探頭的配線電阻、探頭與被測(cè)對(duì)象之間產(chǎn)生的接觸電阻將成為很大的障礙，極大地影響測(cè)量準(zhǔn)確性。當(dāng)采用兩端子測(cè)量時(shí)，測(cè)試線自身的導(dǎo)體電阻以及接觸電阻會(huì)被加算到被測(cè)對(duì)象電阻上，從而造成誤差；四端子測(cè)量則可以消除接觸電阻和引線電阻的影響，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確地測(cè)量。郭美玉等引入雙回路設(shè)計(jì)，在一套設(shè)備中同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩端子和四端子兩種方法測(cè)量功能，結(jié)果表明兩端子法測(cè)試基本誤差滿足0.5 級(jí)設(shè)計(jì)要求，四端子法則滿足0.1 級(jí)設(shè)計(jì)要求［7］。兩端子與四端子測(cè)試法的原理如圖1 所示。

1.3 測(cè)試方法比對(duì)

圖1 兩端子法和四端子法測(cè)量原理圖

選擇兩端子法和四端子法測(cè)試儀各1 臺(tái)，對(duì)比二者的準(zhǔn)確性、重復(fù)性，其中四端子法的分辨率、測(cè)量精度都更優(yōu)，但測(cè)量電流隨著測(cè)試電阻的增加而降低，兩端子法的測(cè)量電流則固定為200 mA。兩個(gè)設(shè)備的主要性能參數(shù)如表2 所示。

表2 兩端子法和四端子法測(cè)試儀設(shè)備性能

為對(duì)比兩種測(cè)試方法的可靠性，在一個(gè)混凝土屋頂光伏電站選取4 處不同支架，分別測(cè)試支架之間的接地連續(xù)性，每個(gè)接觸點(diǎn)重復(fù)測(cè)試10 次（xi），計(jì)算平均值（）和標(biāo)準(zhǔn)偏差（σ），標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算公式如下：

選取的4 個(gè)接觸情況以及測(cè)試點(diǎn)位置如圖2 所示，其中a、b 兩處支架正常，未發(fā)現(xiàn)明顯的銹蝕；c橫梁未生銹，斜撐明顯生銹；d 立柱和橫梁均明顯生銹。每次測(cè)試均重新夾鱷魚夾，測(cè)試位置均為固定螺栓與支架型材之間。對(duì)2 種方法的測(cè)量值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，按標(biāo)準(zhǔn)CNCA/CTS 0016—2015 進(jìn)行判定，合格限值為0.1 Ω。

圖2 選取4 種支架測(cè)試照片

表3 對(duì)兩端子法和四端子法在不同接觸點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和判定，從表3 可知，兩種方法的標(biāo)準(zhǔn)偏差均較小，尤其是四端子法重復(fù)性很高；當(dāng)光伏支架明顯生銹、接觸電阻值較高時(shí)，二者測(cè)試結(jié)果比較接近；當(dāng)接觸電阻值較低時(shí)，二者有明顯差別，使用兩端子法測(cè)試的結(jié)果均比四端子法高，這是由于測(cè)量?jī)x器的配線電阻、探頭與支架之間的接觸電阻等因素對(duì)測(cè)試結(jié)果造成影響所導(dǎo)致的。以0.1 Ω 為限值進(jìn)行判定，兩端子法全部判定為不合格，而四端子法則僅有d 一種情況不合格，可見，兩端子法測(cè)試準(zhǔn)確性較差，且容易產(chǎn)生誤判，對(duì)光伏電站接地連續(xù)性的準(zhǔn)確測(cè)量應(yīng)使用四端子法。

表3 兩端子法與四端子法測(cè)試不同接觸點(diǎn)測(cè)量值統(tǒng)計(jì)結(jié)果及判定

2 測(cè)試結(jié)果分析

采用四端子法，選取2 個(gè)地面光伏電站和1 個(gè)彩鋼瓦屋面電站進(jìn)行大規(guī)模測(cè)試，每個(gè)電站各發(fā)現(xiàn)1 處接地連續(xù)性不合格的區(qū)域，經(jīng)排查，發(fā)現(xiàn)3 種典型的等電位體連接失效的原因。

1）連接部件材料銹蝕松動(dòng)。

某大型地面電站容量為60 MWp，分為16 個(gè)發(fā)電單元，測(cè)試組件與組件之間、組件與支架之間、支架與支架之間的接觸電阻，每個(gè)單元抽測(cè)13 個(gè)點(diǎn)，共計(jì)624 個(gè)測(cè)試點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)存在1 處支架與支架之間的連接電阻為0.394 7 Ω，不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，其余623 處均低于0.1 Ω。經(jīng)排查，支架之間的連接線采用螺栓固定，接地連續(xù)性異常處的其中一頭使用的墊片已生銹且松動(dòng)，更換墊片、重新連接后測(cè)試，結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求。支架之間的連接線如圖3 所示。

圖3 支架連接線螺栓墊片銹蝕

文獻(xiàn)［6］指出，光伏電站陣列之間金屬連接部件存在的主要問題包括緊固螺栓松動(dòng)、接觸點(diǎn)銹蝕、鍍鋅扁鋼銹蝕等，假設(shè)有若干組光伏陣列存在不良，產(chǎn)生的接觸電阻、陣列之間連接材料電阻會(huì)出現(xiàn)串聯(lián)累加效應(yīng)，將嚴(yán)重影響雷電流的泄放，該成排光伏陣列遭雷擊時(shí)易損壞。因此，連接部件材料的銹蝕、松動(dòng)是光伏電站常見、隱患較大的等電位體連接失效問題。連接部件的材料銹蝕和松動(dòng)導(dǎo)致的接觸電阻升高一般并不顯著，根據(jù)本文對(duì)兩端子法和四端子法的比較可知，為避免誤判，光伏電站中進(jìn)行導(dǎo)通性檢查應(yīng)使用四端子法。

2）使用塑膠墊片。

在某2 MWp 彩鋼瓦電站，抽測(cè)組件邊框之間，方陣、匯流箱、逆變器和接地扁鐵之間的接觸電阻，分別抽測(cè)30 個(gè)點(diǎn)，共計(jì)120 個(gè)點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)組件之間的30 個(gè)測(cè)試結(jié)果均超出設(shè)備量程，全部不符合要求，其余結(jié)果均小于0.1 Ω。排查組件之間接地連續(xù)性失效的原因，發(fā)現(xiàn)組件之間的接地線通過自攻螺釘固定在邊框接地孔上，自攻螺釘與接地線之間使用塑膠墊片，使接地線與鋁邊框之間電氣隔離，無法有效接觸。對(duì)組件邊框接地連接線進(jìn)行整改，拆除膠墊，恢復(fù)后再進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果全部小于0.1 Ω。接地導(dǎo)線自攻螺釘膠墊照片見圖4。

圖4 接地導(dǎo)線自攻螺釘膠墊照片

3）導(dǎo)線絕緣皮殘留。

在某地面電站現(xiàn)場(chǎng)抽測(cè)組件之間，方陣、匯流箱、逆變器和接地扁鐵之間的接觸電阻，分別抽測(cè)30個(gè)點(diǎn)，共計(jì)120 個(gè)點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)逆變器與扁鐵之間30 個(gè)測(cè)試結(jié)果全部超出設(shè)備量程，其余結(jié)果均小于0.1 Ω。經(jīng)檢查，連接組串式逆變器與扁鐵的導(dǎo)線為帶皮軟銅線，導(dǎo)線與接線端子壓接前未將絕緣皮全部修剪，導(dǎo)線與端子之間殘留部分絕緣皮，造成電氣隔離。剪除絕緣皮后重新壓接并測(cè)試，結(jié)果全部小于0.1 Ω。接地導(dǎo)線的絕緣皮如圖5 所示。

圖5 接地導(dǎo)線的絕緣皮殘留并壓進(jìn)銅線端子

3 結(jié)語

接地連續(xù)性是光伏電站一項(xiàng)重要的安規(guī)檢測(cè)項(xiàng)目，直接關(guān)系到電站等電位體連接是否良好、能否安全運(yùn)行。對(duì)于低電阻測(cè)試，一般采用四端子法原理，本文研究了四端子法在光伏電站接地連續(xù)性測(cè)試中的應(yīng)用，對(duì)比了兩端子法和四端子法對(duì)同一光伏支架接觸點(diǎn)的測(cè)試，結(jié)果顯示四端子法的準(zhǔn)確性更高、重復(fù)性更好，而兩端子法則很容易造成誤判。在典型的光伏電站進(jìn)行大批量檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)3 種典型的連接失效原因，即連接部件材料銹蝕松動(dòng)、使用塑膠墊片、絕緣皮殘留，經(jīng)過整改后均恢復(fù)正常，其中連接部件材料銹蝕松動(dòng)造成的接觸電阻升高并不顯著，為避免誤判，應(yīng)使用四端子法。