廖劍鋒 覃志慧

摘要：光伏電站直流匯流箱支持多條直流支路輸入，光伏組件串接后接入?yún)R流箱進(jìn)線側(cè)，經(jīng)匯流后正負(fù)極分別接入集中式逆變器直流側(cè)正負(fù)極。文章介紹了燕子嶺光伏電站自2017年電站投運(yùn)至今，匯流箱的直流熔斷器陸續(xù)出現(xiàn)較多的故障，對(duì)故障進(jìn)行了分析，并提出了解決方案，從而達(dá)到減少光伏電站直流支路故障率，提高發(fā)電量的目的。

關(guān)鍵詞：光伏電站、直流匯流箱、直流熔斷器、故障

1.前言

燕子嶺光伏電站總裝機(jī)容量100MWp，安裝有1104個(gè)匯流箱，有大約33120個(gè)熔斷器底座和33120個(gè)直流熔斷器。自2017年電站投運(yùn)至今，匯流箱的直流熔斷器陸續(xù)出現(xiàn)較多的故障，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，主要是直流熔斷器發(fā)熱燒毀，導(dǎo)致熔斷器底座發(fā)生損壞。截止目前，電站仍有450條支路的直流熔斷器故障等待處理，造成了較大的電量損失，且由于電站屬于水上光伏項(xiàng)目，更換直流熔斷器工作困難較大，如此高的更換頻率，占用了運(yùn)維人員的較大工作時(shí)間，不利于我司的精簡(jiǎn)人員的發(fā)展方針。因此，針對(duì)以上的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)對(duì)原匯流箱的熔斷器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理分析，我們?cè)诒ＷC同樣保護(hù)功能前提下，減少了直流熔斷器的數(shù)量，從而降低了故障的發(fā)生率。

2.原因分析

電站使用的直流熔斷器和熔斷器底座分別是由印度生產(chǎn)的Bussmann PV-15A10F直流熔斷器和Bussmann PV1000Vdc-30A熔斷器底座，通過(guò)對(duì)故障直流熔斷器檢查，直流熔斷器導(dǎo)電部分的熔斷器帽已嚴(yán)重氧化變色，在發(fā)電時(shí)熔斷器與熔斷器底座接觸部分因氧化電阻偏大而發(fā)熱，導(dǎo)致熔斷器底座受熱出現(xiàn)燒焦變黃變黑現(xiàn)象（如圖1、圖2）。

經(jīng)將熔斷器底座拆解后，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部的接觸導(dǎo)體屬于合金鋼（如圖3所示），不是銅導(dǎo)體，因此，接觸導(dǎo)體材料較差導(dǎo)致在正常發(fā)電過(guò)程中容易發(fā)熱。

此外，在檢查故障匯流箱時(shí)，發(fā)現(xiàn)由于熔斷器卡座壓緊彈簧片經(jīng)過(guò)多次開閉后，容易出現(xiàn)受力疲勞，導(dǎo)致部分熔斷器與卡座的接觸并不良好，熔斷器處于半接觸狀態(tài)，部分熔斷器受到觸碰容易掉落或滑落開口，經(jīng)分析，此情況是由于熔斷器導(dǎo)軌式底座設(shè)計(jì)工藝存在問(wèn)題，部分熔斷器閉合不完全，導(dǎo)致接觸電阻過(guò)大而局部發(fā)熱嚴(yán)重。

綜合上述的研究分析，并經(jīng)與廠家技術(shù)人員研討后，初步確定造成熔斷器故障的主要原因是直流熔斷器和接觸導(dǎo)體的材料較差以及熔斷器卡座設(shè)計(jì)工藝不可靠。

3.技術(shù)改造方案

根據(jù)上述的原因分析，我們要求廠家對(duì)原匯流箱進(jìn)行以下方面的改造：

3.1熔斷器及接觸導(dǎo)體的材料的更換

為了有效降低熔斷器及接觸導(dǎo)體的發(fā)熱，要求該部位的材料優(yōu)先選用純銅或鋁合金，其接觸面積應(yīng)符合正常運(yùn)行的電流使用標(biāo)準(zhǔn)。

3.2原導(dǎo)軌式底座機(jī)構(gòu)的改造

熔斷器的原導(dǎo)軌式底座隨著使用時(shí)間會(huì)出現(xiàn)卡扣受力疲勞，容易出現(xiàn)接觸不良導(dǎo)致接觸電阻升高發(fā)熱，因此建議采用螺栓連接式結(jié)構(gòu)，取消導(dǎo)軌式底座結(jié)構(gòu)。但是采用螺栓式結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致日常檢查時(shí)出現(xiàn)螺絲松緊繁瑣，因此應(yīng)采取帶指示燈的熔斷器，當(dāng)該熔斷器發(fā)生熔斷時(shí)，其指示燈自動(dòng)熄滅，有助于日常檢查快速發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

3.3匯流箱的熔斷器方案設(shè)計(jì)改造

根據(jù)匯流箱的結(jié)構(gòu)原理和日常運(yùn)維檢修的保護(hù)操作規(guī)程，我們從故障根源上創(chuàng)新地提出將負(fù)極的熔斷器及其底座全部取消的新型設(shè)計(jì)方案。該方案取消負(fù)極側(cè)熔斷器及其底座后，將原負(fù)極母排與組串支路的負(fù)極通過(guò)螺栓和軟銅線進(jìn)行連接，具體如圖4所示：

經(jīng)過(guò)上述改造后，熔斷器的數(shù)量降低了一半，從根源上減少了故障的發(fā)生源，從而有效的降低了故障發(fā)生率，且本次改造仍保留了正極的熔斷器，原串聯(lián)支路仍具有過(guò)流的保護(hù)，仍滿足設(shè)備的安全使用要求，因此，本方案原則上是可實(shí)施的。

4.經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

4.1電量損失分析

自電站投運(yùn)至今，匯流箱熔斷器故障已更換3300個(gè)支路直流熔斷器。目前至少有450條支路故障直流熔斷器未能及時(shí)處理，且由于故障發(fā)生率已超過(guò)了故障的處理速度，導(dǎo)致電站損失的電量較多，運(yùn)營(yíng)壓力較大。

4.2材料損失分析

根據(jù)電站的故障發(fā)生率，估算每年更換直流熔斷器的數(shù)量約1500個(gè)，材料總費(fèi)用是：1500*10=1.5萬(wàn)元

4.3運(yùn)維成本分析

燕子嶺電站屬于水上光伏項(xiàng)目，運(yùn)維人員更換直流熔斷器工作量大，遇到水位偏低時(shí)，還需要踩腳扣登高工作，存在一定的高空作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。且經(jīng)運(yùn)維估算，水上維檢每半天可處理4個(gè)故障匯流箱，每個(gè)故障匯流箱存在故障點(diǎn)約3個(gè)，因此，每年損失時(shí)間如下：

1500÷4÷3÷2=62.5天

因此，此故障占用了較大的運(yùn)維工作時(shí)間，降低了維檢效率，不利于公司的精簡(jiǎn)人員管理發(fā)展方針。

5.研究總結(jié)

經(jīng)過(guò)以上的分析及改造，我們從性能上有效的避免了不良材料影響和導(dǎo)軌式底座缺陷導(dǎo)致的發(fā)熱問(wèn)題，而且通過(guò)減少負(fù)極側(cè)熔斷器的新方法從根源上降低了故障的發(fā)生率，總體上達(dá)到了較好的降本增效的效果，切實(shí)有效地促進(jìn)生產(chǎn)效率和經(jīng)營(yíng)效益的提升，確保電力生產(chǎn)安全的目標(biāo)。

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