摘要：光伏組件接線盒是光伏系統(tǒng)的重要組成部件，其可靠性直接關(guān)系光伏系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。介紹了光伏組件接線盒的功能、結(jié)構(gòu)，分析總結(jié)了光伏組件接線盒的火災(zāi)危險(xiǎn)性及主要致火故障；通過案例介紹了光伏組件接線盒起火的痕跡鑒定方法，分析體視特征和金相特征與光伏組件接線盒故障的關(guān)聯(lián)性，旨在為光伏火災(zāi)調(diào)查工作提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：光伏組件；接線盒；致火故障；痕跡鑒定；火災(zāi)調(diào)查

中圖分類號(hào)：D631.6" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " "文章編號(hào)：2096-1227（2025）07-0001-03

0 引言

光伏發(fā)電具有清潔、環(huán)保的特點(diǎn)，逐漸成為當(dāng)前主要的發(fā)電形式之一[1]。隨著光伏電站的大量建設(shè)、投產(chǎn)運(yùn)營，光伏電站的安全隱患問題也日益凸顯。在整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)中，接線盒作為光伏組件的重要組成部件，主要作用是將光伏組件產(chǎn)生的電力與外部線路連接，傳導(dǎo)產(chǎn)生的電流[2]，其質(zhì)量的可靠性，直接關(guān)乎光伏組件發(fā)電的穩(wěn)定性與連續(xù)性。接線盒二極管擊穿、二極管的短路或失效、組件正負(fù)極引出線虛接、接線盒開裂等問題，都可能引起接線盒異常發(fā)熱，進(jìn)而產(chǎn)生火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)[3]。因此，分析光伏組件接線盒的結(jié)構(gòu)、致火故障、火災(zāi)危險(xiǎn)性，應(yīng)用痕跡鑒定方法，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行維護(hù)，保障消防安全以及支撐火災(zāi)調(diào)查工作具有重要意義。

1 光伏組件接線盒概述

光伏組件接線盒具有連接、保護(hù)兩大作用。連接作用是通過匯流條和導(dǎo)線，將光伏組件產(chǎn)生的電流引出并導(dǎo)入到外部輸電系統(tǒng)或用電設(shè)備中。保護(hù)作用包含兩部分：一是通過旁路二極管保護(hù)光伏組件以及提高光伏組件在遮擋等故障條件下的功率輸出；二是通過密封、散熱設(shè)計(jì)，達(dá)到防水防火、降低接線盒工作溫度的目的，從而起到保護(hù)光伏組件的作用[4]。

近年來，隨著光伏組件產(chǎn)品性能不斷提升，市場對(duì)接線盒產(chǎn)品的電流承載能力、散熱能力、系統(tǒng)穩(wěn)定性等要求也越來越高，接線盒產(chǎn)品也經(jīng)歷了多次更新迭代。接線盒可分為密封圈接線盒、灌膠貼片接線盒、單體接線盒、分體式接線盒等[5]。分體式接線盒，由盒蓋、盒體、金屬載流件、二極管、連接器5大部分組成。

2 光伏組件接線盒致火故障

當(dāng)接線盒產(chǎn)生故障時(shí)，一方面，產(chǎn)生的熱量累積可直接引燃接線盒；另一方面，由于接線盒在帶電工作條件下，二極管擊穿、高溫等因素可使絕緣失效，進(jìn)而產(chǎn)生高溫直流電弧，引燃接線盒。光伏組件中的封裝材料、背板多為可燃材料，接線盒起火易引燃光伏組件，使火災(zāi)蔓延。常見分體式光伏接線盒的致火故障有3類。

2.1" 接觸不良

組件焊接工藝質(zhì)量差（虛焊）、組件運(yùn)行損耗等原因可造成接線盒內(nèi)二極管引腳與銅導(dǎo)體連接處、匯流條與銅導(dǎo)體連接處接觸不良[6]。組件在長時(shí)間工作條件下，連接處電阻過大，持續(xù)發(fā)熱，并可產(chǎn)生微小電弧，熱量累積導(dǎo)致溫度升高，使材料受熱變形、絕緣失效。

2.2" 熱斑效應(yīng)

當(dāng)光伏組件長期處于陰影遮擋、隱裂、局部熱斑等條件下，旁路二極管長時(shí)間處于導(dǎo)通工作狀態(tài)，導(dǎo)致二極管結(jié)區(qū)溫度升高、熱量累積[7]，引起二極管熱擊穿失效。

2.3" 雷擊過電壓

光伏組件遭遇雷擊時(shí)，過電壓會(huì)導(dǎo)致二極管擊穿失效，天晴后，電流長時(shí)間流過失效二極管，二極管持續(xù)發(fā)熱，熱量累積，引起接線盒老化變形，甚至燒損。

3 光伏組件接線盒火災(zāi)痕跡鑒定方法

金相法是針對(duì)電氣火災(zāi)痕跡物證鑒定的常用方法，其基本原理是金屬在不同的受熱、冷卻條件下，其金相組織會(huì)呈現(xiàn)不同的特征，可通過觀察金屬熔痕的金相組織，來分析推斷其形成原因[8]。

在正常狀態(tài)下，空氣具有良好的電氣絕緣性能，然而，當(dāng)空氣間隙兩端的電場足夠大時(shí)，間隙將被擊穿，進(jìn)而產(chǎn)生電流通過的現(xiàn)象，該現(xiàn)象為電弧放電。與一般可燃物燃燒的火焰不同，電弧放電通道能量集中、溫度極高，可迅速熔化絕大部分金屬導(dǎo)體。在光伏組件接線盒中，匯流條與導(dǎo)線是流經(jīng)電流的金屬導(dǎo)體。當(dāng)受到電弧、火焰作用時(shí)，形成的金相組織會(huì)呈現(xiàn)出不同的特征。例如，接觸不良、短路等故障，均可使空氣間隙被擊穿，進(jìn)而形成高溫電弧，并在導(dǎo)體上留下電弧作用熔痕。留下電弧熔痕的導(dǎo)體與空氣間隙的兩端存在對(duì)應(yīng)關(guān)系。接觸不良故障留下的熔痕位于同電位導(dǎo)體連接處、短路故障留下的熔痕則位于不同電位導(dǎo)體之間。通過金相法分析金屬導(dǎo)體的金相組織特征，能夠判斷其是否為電弧作用熔痕，再結(jié)合系統(tǒng)工作狀態(tài)和導(dǎo)體的電氣邏輯關(guān)系，可分析并確定形成該類痕跡的直接原因。

某光伏組件火災(zāi)事故中，現(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn)有3個(gè)接線盒，負(fù)極一端接線盒位置有明顯燃燒煙熏痕跡，其余部位表面相對(duì)潔凈，可確定該光伏組件起火部位位于下方接線盒處。進(jìn)一步勘查發(fā)現(xiàn)，該接線盒與負(fù)極電源線相連，其殼體已燒損，現(xiàn)場殘留有部分塑料熔融物與碳化物，見圖1。

起火接線盒的結(jié)構(gòu)見圖2，在光伏組件的電氣系統(tǒng)中，電流經(jīng)匯流條匯集后，通過與接線盒相連的導(dǎo)線流入另一光伏組件，在光伏電池回路中接入旁路二極管用于保護(hù)。在正常工作狀態(tài)下，該二極管反向偏置。為進(jìn)一步分析起火接線盒的痕跡特征，提取與該接線盒相連的正極匯流條、負(fù)極匯流條、負(fù)極導(dǎo)線，并對(duì)其進(jìn)行體視觀察和金相檢測(cè)。

匯流條與導(dǎo)線的端頭均存在明顯的電弧作用熔痕，熔痕凸起，表面具有金屬光澤，其金相組織存在明顯分界線，熔痕部分呈現(xiàn)出鑄態(tài)組織特征。正極匯流條與負(fù)極匯流條熔痕的熔痕晶粒由細(xì)小的胞狀晶組成；負(fù)極導(dǎo)線的熔痕晶粒由細(xì)小的柱狀晶組成，見圖3～5。

該光伏組件起火部位確定為負(fù)極接線盒，接線盒的正負(fù)極匯流條、負(fù)極導(dǎo)線均存在明顯電弧作用熔痕。由于旁路二極管在光伏組件中具有緩解熱斑效應(yīng)的保護(hù)功能，在起火接線盒部位，電流流向有兩種情況。當(dāng)旁路二極管處于反向偏置時(shí)，電流依次通過負(fù)極導(dǎo)線、銅鼻子、負(fù)極匯流條流入光伏電池，再通過匯流條流入下一接線盒；當(dāng)旁路二極管正向?qū)〞r(shí)，電流依次通過負(fù)極導(dǎo)線、銅鼻子、二極管、銅片、正極匯流條流入下一接線盒。

在光伏組件工作狀態(tài)下，電流不會(huì)同時(shí)流經(jīng)正極匯流條、負(fù)極匯流條和負(fù)極導(dǎo)線。因此，這三處連接點(diǎn)同時(shí)發(fā)生接觸不良故障的可能性較小。相比之下，某兩處間發(fā)生短路故障引發(fā)火災(zāi)的可能性更大。由于負(fù)極匯流條與負(fù)極導(dǎo)線間無電勢(shì)差，因此，可推斷二極管擊穿或絕緣失效導(dǎo)致的正負(fù)極短路故障，是形成電弧熔痕的直接原因。

4 結(jié)束語

光伏組件接線盒接觸不良、熱斑效應(yīng)、雷擊過電壓等因素，是導(dǎo)致接線盒失效乃至起火的主要原因。這些因素可引發(fā)二極管擊穿、短路等故障，直接或間接導(dǎo)致接線盒起火燒損，甚至引燃整個(gè)光伏組件。通過分析起火接線盒殘留的匯流條、導(dǎo)線連接處的熔痕體視外觀和金相組織特征，可判斷該處是否存在電弧故障。結(jié)合光伏組件的工作方式，可分析產(chǎn)生該類痕跡的直接原因。為進(jìn)一步查明根本原因，還應(yīng)綜合分析研究同批次的接線盒質(zhì)量、起火光伏組件工作環(huán)境、當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境等因素。

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