中國水利水電第十工程局有限公司 周志遠(yuǎn)

1 引言

隨著社會(huì)不斷發(fā)展，生產(chǎn)生活的電能需求量的不斷增加，而我國當(dāng)前電力資源分布不均勻，一些偏遠(yuǎn)地區(qū)不具備集中式發(fā)電的條件，僅依靠架空線纜進(jìn)行電力資源的遠(yuǎn)距離傳輸。此種方式不僅造成了電力資源的浪費(fèi)，也越來越難以滿足社會(huì)的快速發(fā)展。為克服這一難題，有效提高電力資源的利用率，越來越多的光伏電站投入建設(shè)應(yīng)用[1]。但在光伏電站的運(yùn)行維護(hù)中，設(shè)備經(jīng)常發(fā)生各種故障，嚴(yán)重拖延生產(chǎn)進(jìn)度，影響生產(chǎn)質(zhì)量，因此，研究相應(yīng)的故障處理策略刻不容緩。

2 光伏電站的主要構(gòu)成及工作原理

光伏電站主要由光伏組件、匯流箱、交直流逆變器、配電箱、雙向電表、監(jiān)控控制系統(tǒng)、安裝支架等組成，其原理結(jié)構(gòu)圖如圖1所示[2]。

圖1 光伏電站的主要原理結(jié)構(gòu)

光伏電池采用串聯(lián)或并聯(lián)方式，以一定的角度在光伏支架上進(jìn)行設(shè)計(jì)安裝，組成光伏陣列，盡可能地吸收太陽量，并將太陽量轉(zhuǎn)化為直流電，經(jīng)匯流箱進(jìn)入逆變器，在逆變器中逆變?yōu)榻涣麟姾?，輸送到主電網(wǎng)中。雙向電表可以對(duì)系統(tǒng)的實(shí)際發(fā)電、用電情況進(jìn)行跟蹤記錄、顯示儲(chǔ)存等，實(shí)現(xiàn)輸入主電網(wǎng)電力量的統(tǒng)計(jì)[3]。

3 光伏電站機(jī)電設(shè)備工作中常見故障及處理方法

3.1 逆變器不并網(wǎng)故障及處理方法

在逆變器與電網(wǎng)未正確連接的情況下經(jīng)常發(fā)生逆變器不并網(wǎng)故障，主要排查方法：一是排查交流開關(guān)是否閉合，若閉合，則查看連接逆變器輸出口的線纜是否松動(dòng)并采用數(shù)字式萬用表對(duì)此處電壓進(jìn)行測(cè)量，若無松動(dòng)但電壓數(shù)值較小，幾乎接近0V，則說明此處線纜存在斷點(diǎn)；若無松動(dòng)且電壓數(shù)值在110～220V，說明此處線路無問題，則進(jìn)行下一步排查，檢查逆變器輸出口與電網(wǎng)的連接處是否存在虛接或脫落現(xiàn)象。在用電檢查過程中，需要穿戴好勞保防護(hù)用品，切勿用手直接接觸電線及端子排，避免觸電現(xiàn)象發(fā)生，從而對(duì)作業(yè)人員的身體造成傷害。

3.2 電網(wǎng)故障原因及處理方法

當(dāng)光伏系統(tǒng)電網(wǎng)的電壓、頻率瞬時(shí)過高或者過低時(shí)，均會(huì)造成電網(wǎng)故障。此類故障的處理方法主要是先用數(shù)據(jù)萬用表對(duì)電網(wǎng)的電壓、頻率進(jìn)行實(shí)測(cè)，如果實(shí)測(cè)值不在正常范圍內(nèi)，則需要靜候供電網(wǎng)恢復(fù)正常即可。如果供電電網(wǎng)的網(wǎng)壓、頻率在正常值范圍內(nèi)，可能是電路板的本體發(fā)生故障，可以通過將交直流端子切斷，對(duì)逆變器斷電重啟，進(jìn)行設(shè)備故障恢復(fù)。

3.3 光伏電站發(fā)電效率偏小原因及解決方法

不同支架傾斜角度太陽光照輻射量見表1，光伏電站的光伏電池支架安裝傾斜角度對(duì)于整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率影響不一。當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)支架安裝的傾斜角度為25°時(shí)，太陽光的能量達(dá)到最大值，全年每平方米太陽能能量高達(dá)6312MJ，盡可能地利用太陽光照能量。因此，如果系統(tǒng)輸出功率較小，維護(hù)檢修過程中，要密切關(guān)注光伏電池支架的安裝情況，確保安裝牢固無松動(dòng)，保證傾斜角度在合理范圍內(nèi)，能夠提高發(fā)電效率，保證光伏電站的發(fā)電效率。

表1 不同支架傾斜角度太陽光照輻射量（單位：mJ/m2）

4 采取科學(xué)的管控措施減少光伏電站機(jī)電設(shè)備故障的發(fā)生

4.1 合理選擇電網(wǎng)接入點(diǎn)電壓

光伏電站中電網(wǎng)電壓值如何選擇是系統(tǒng)正常運(yùn)行的基本要求，為了盡可能降低并網(wǎng)電壓不合理而造成的設(shè)備故障，要合理選擇接入點(diǎn)電壓。通常情況下，在接入點(diǎn)電壓要求方面，光伏電站系統(tǒng)額定電壓范圍是89%～115%。所以，需要通過交直流逆變器對(duì)接入電網(wǎng)的電壓進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)及控制。

4.2 科學(xué)設(shè)置電網(wǎng)頻率，預(yù)防電壓閃變

根據(jù)光伏電站在實(shí)際生活中的應(yīng)用情況，電網(wǎng)的頻率需要恒定在49.5～50.5Hz。運(yùn)行過程中，一旦超出該頻率區(qū)間，如果未能立即切換到逆變器運(yùn)行模式，將會(huì)引發(fā)設(shè)備故障，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行中斷。此外，光伏電站將產(chǎn)出的電直接輸入到電網(wǎng)后，會(huì)出現(xiàn)電壓閃變故障，進(jìn)而導(dǎo)致電壓的偏離，依據(jù)相關(guān)要求，需要將電壓偏離值限定在5%以下，一定程度上避免此類故障發(fā)生。

4.3 重點(diǎn)關(guān)注光伏玻璃組件的維護(hù)

光伏玻璃作為光伏矩陣中重要的能量吸收轉(zhuǎn)換元件，作業(yè)人員在日常檢修時(shí)要格外關(guān)注其工作狀態(tài)，嚴(yán)格按照相關(guān)流程對(duì)光伏玻璃進(jìn)行檢查，定期對(duì)輻照玻璃鏡面進(jìn)行清潔，檢查其有無裂紋、熱斑等現(xiàn)象。此外，作業(yè)人員要通過紅外成像儀對(duì)每平方米太陽能輻照強(qiáng)度為800W以上的同一光伏矩陣的外表面工作溫度進(jìn)行檢查，查看其表面受熱是否均勻，避免發(fā)生熱板故障。

4.4 采用在線檢測(cè)手段，加強(qiáng)設(shè)備監(jiān)管力度

光伏電站的運(yùn)行質(zhì)量必須采用有效的運(yùn)行監(jiān)控方式，建立相關(guān)監(jiān)管制度并科學(xué)地進(jìn)行落實(shí)。在光伏電站運(yùn)行中，要時(shí)常查看光伏機(jī)電設(shè)備的各運(yùn)行參數(shù)，診斷光伏系統(tǒng)的運(yùn)行情況，一旦數(shù)據(jù)異常時(shí)，要及時(shí)進(jìn)行調(diào)整或檢修。但在實(shí)際工作中，如果缺乏智能化在線監(jiān)測(cè)裝備，或者某些檢修人員粗心大意、檢修流程制度落實(shí)不徹底，并且未能對(duì)光伏電站運(yùn)行中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤記錄，便會(huì)出現(xiàn)隱患。因此，光伏設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，沒有相關(guān)的數(shù)據(jù)及有效信息作為檢修的參考資料。再者，光伏電站一般建設(shè)在比較遼闊、遠(yuǎn)離繁華都市的地帶，一定程度上加大了作業(yè)人員對(duì)光伏系統(tǒng)全面監(jiān)控管理的難度，故障發(fā)生也未能及時(shí)被發(fā)現(xiàn)。

引入動(dòng)態(tài)檢測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)控光伏電站的運(yùn)行狀態(tài)，利用傳感器采集數(shù)據(jù)，然后上傳到通信網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理，迅速診斷出光伏系統(tǒng)存在的故障，為設(shè)備檢修提供有力的支撐。相比傳統(tǒng)的人工巡檢，在線動(dòng)態(tài)檢測(cè)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)光伏電站各種潛在問題，為后續(xù)故障的處理提供依據(jù)，也是可靠性檢修的重要途徑[4]。在線檢測(cè)可以實(shí)現(xiàn)全天24h 不間斷檢測(cè)，快速識(shí)別出異常數(shù)據(jù)，確定出設(shè)備故障點(diǎn)并進(jìn)行報(bào)警，通知檢修人員快速到達(dá)現(xiàn)場進(jìn)行檢修，從而降低故障，有效保證光伏電站的發(fā)電質(zhì)量。

4.5 嚴(yán)格控制光伏電站機(jī)電設(shè)備部件的生產(chǎn)質(zhì)量

目前我國光伏發(fā)電技術(shù)仍處于發(fā)展階段，在光伏電站設(shè)計(jì)階段，如果設(shè)計(jì)人員缺乏經(jīng)驗(yàn)，未能充分掌握光伏電站設(shè)計(jì)和安裝時(shí)要注意的陷阱，便會(huì)在光伏系統(tǒng)安裝時(shí)出現(xiàn)紕漏，可能最終造成光伏電站設(shè)備運(yùn)行故障。此外，組成光伏發(fā)電站的機(jī)電設(shè)備部件均是精密度要求較高的材料，作業(yè)人員在材料型號(hào)選擇時(shí)，一旦存在失誤或者是在材料存放時(shí)粗心大意未履行監(jiān)管職責(zé)，都會(huì)導(dǎo)致機(jī)電設(shè)備部件質(zhì)量達(dá)不到要求，進(jìn)而造成光伏電站設(shè)備故障的頻繁發(fā)生。

為確保光伏電站的運(yùn)行質(zhì)量，相關(guān)部門必須加大光伏系統(tǒng)各設(shè)備部件的質(zhì)量檢查力度，避免次品的零部件進(jìn)入設(shè)備現(xiàn)場，對(duì)未來生產(chǎn)造成故障隱患。在采用各組成零部件時(shí)，謹(jǐn)遵國家相關(guān)部門質(zhì)量要求，對(duì)光伏組件、匯流箱、交直流逆變器、配電箱、雙向電表等進(jìn)行功能測(cè)試，并出具相應(yīng)的質(zhì)量檢測(cè)報(bào)告。后期，公司也可以根據(jù)使用記錄，做好設(shè)備零部件質(zhì)量跟蹤工作，與信用較佳的部件廠家建立永久合作關(guān)系。

4.6 強(qiáng)化光伏電站施工過程管控

在光伏電站建設(shè)過程中，要充分做好準(zhǔn)備工作，必須嚴(yán)格執(zhí)行施工流程和標(biāo)準(zhǔn)，這樣不僅可以確保光伏電站建設(shè)質(zhì)量，還可以減少后期光伏設(shè)備故障的發(fā)生，為系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行提供有力的保障[5]。但是，在實(shí)際建設(shè)中，如果施工組織不完善，沒有提前制定詳細(xì)步驟計(jì)劃、沒有落實(shí)質(zhì)量責(zé)任制、未形成萬一施工發(fā)生事故便可逐級(jí)匯報(bào)的工作體系，這些施工過程把控不嚴(yán)的地方最終會(huì)影響光伏系統(tǒng)建設(shè)質(zhì)量，會(huì)為后期光伏設(shè)備的運(yùn)行埋下故障隱患。

為了充分保障光伏電站建設(shè)質(zhì)量，避免后期光伏系統(tǒng)運(yùn)行中設(shè)備故障頻繁發(fā)生。在施工建設(shè)過程中，需要提前規(guī)劃，設(shè)計(jì)好相應(yīng)流程，從施工各個(gè)環(huán)節(jié)上對(duì)項(xiàng)目質(zhì)量及進(jìn)度進(jìn)行科學(xué)把控，嚴(yán)格保證每一步質(zhì)量、每一項(xiàng)項(xiàng)目進(jìn)度。流程如圖2所示。

圖2 光伏電站施工管控流程

一是項(xiàng)目計(jì)劃環(huán)節(jié)。以項(xiàng)目決策、結(jié)果為導(dǎo)向，對(duì)光伏電站建設(shè)質(zhì)量的需求進(jìn)行充分分析，設(shè)計(jì)出合理的施工大綱，并按照大綱進(jìn)行細(xì)化，制定出每一步詳細(xì)的施工過程管控流程，差異化對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行控制。在此過程中，項(xiàng)目計(jì)劃切忌憑空捏造，要廣泛收集聽取各方建議，多開會(huì)、多討論，才能夠保證項(xiàng)目計(jì)劃制定的科學(xué)性。

二是項(xiàng)目施工環(huán)節(jié)。在進(jìn)行光伏電站動(dòng)工過程中，在嚴(yán)格把控材料備件選型基礎(chǔ)上，確保每一環(huán)節(jié)工序都按標(biāo)準(zhǔn)流程進(jìn)行施工，不能出現(xiàn)私改步驟、偷工減料等情況。只有緊抓施工環(huán)節(jié)，才能夠更好地保障光伏電站的建設(shè)質(zhì)量，避免后期設(shè)備故障的發(fā)生。

三是項(xiàng)目驗(yàn)收環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)主要分為項(xiàng)目中間驗(yàn)收、項(xiàng)目竣工驗(yàn)收等階段。主要是依據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體的、全面性的檢查，保證光伏電站項(xiàng)目總體能夠通過驗(yàn)收。

此外，工作團(tuán)隊(duì)內(nèi)部應(yīng)明確職責(zé)分工，建立督察督辦制度，構(gòu)建短期加長期的工作機(jī)制，并積極對(duì)督辦事項(xiàng)進(jìn)行跟蹤反饋，使問題形成閉環(huán)管理。

4.7 增強(qiáng)作業(yè)人員的安全意識(shí)，提升作業(yè)人員技術(shù)水平

在光伏電站的運(yùn)行維護(hù)過程中，應(yīng)著重增強(qiáng)作業(yè)人員的安全意識(shí)，提高作業(yè)人員技能水平。首先，充分學(xué)習(xí)運(yùn)維過程中相關(guān)機(jī)械電氣設(shè)備的操作規(guī)程，熟練掌握其使用方法，避免操作不當(dāng)而造成的設(shè)備故障。其次，開展專業(yè)的指導(dǎo)和培訓(xùn)，使檢修人員熟練掌握運(yùn)維過程中光伏電站設(shè)備常見故障處理技術(shù)，并將其所學(xué)知識(shí)在實(shí)際工作中落到實(shí)處。最后，定期組織技術(shù)交流會(huì)，討論棘手難題，交流心得體會(huì)，分享先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，全面提升檢修人員素質(zhì)，減少光伏電站故障發(fā)生后的處理時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。

5 結(jié)語

本文從光伏電站的工作原理入手，對(duì)其機(jī)電設(shè)備運(yùn)行中常見的故障進(jìn)行分析，探討了相應(yīng)的處理辦法，并提出了科學(xué)設(shè)置電網(wǎng)頻率、采用在線檢測(cè)手段、重點(diǎn)關(guān)注光伏玻璃組件的維護(hù)等科學(xué)管控措施，降低光伏電站設(shè)備故障的發(fā)生頻次，保證光伏電站安全平穩(wěn)地運(yùn)行，有效提高了生產(chǎn)進(jìn)度和生產(chǎn)效率，促進(jìn)了電力企業(yè)的健康發(fā)展。