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故障电弧在分布式光伏电站的应用

发布时间: 2022-07-01  点击次数: 103次

摘 要:国家双碳政策下,光伏发电将在未来能源结构中承担主力军角色,同时也将进入一 个蓬勃发展的新时代。2021 年,分布式光伏电站新增容量超过集中式电站,标志着分布式 光伏电站进入大规模快速增长阶段,但是,随之而来的“安全问题"也越来越多,已经到了 迫切需要解决的地步。 “安全"是一切产业的命脉,是一票否决的原则性问题,光伏电站安全运营也是电站取 得投资回报的根基所在。随着“整县推进"项目不断落地实施,大量政府机关、学校、医院、 居民屋顶以及加油站、各种料棚和工商业彩钢瓦屋顶安装光伏电站;可再生能源建筑政策也 将推动 BIPV(建筑光伏一体化)市场繁荣发展。一直以来,光伏电站“防电弧"和“防火 灾"发生是光伏电站的难点、屋顶电站的痛点、政府关注的重点、社会的焦点。 

关键词:光伏电站;故障电弧;电气火灾 

0 前言

近年来,光伏电站火灾事故频发,这不仅损失电站财产、发电收益,严重时还会造成建 筑物损坏和人身伤害,甚至蔓延到周边环境,导致一系列次生灾害发生。

电弧产生是光伏电站中常见的故障现象,由于接点脱落、器件老化、绝缘破裂、接地不 良等情况都会产生电弧。

1 电弧分析

1.1 串联电弧 串联电弧,又称为拉弧。串联电弧通常由组件间电缆插头接触不良、组串电缆与汇流箱

或者逆变器的连接不牢靠等原因造成。 1.2 并联电弧 并联电弧主要由线路破损引起的正负极性导体短接,或者组串电缆之间短接引起的。当 组串电缆被机械挤压或磨损时,在正负极之间,或者不同组串之间就会产生电弧放电,这就 是并联电弧故障。还有一种情况也会导致并联电弧,当系统出现串联电弧没有及时处理时, 串联电弧的热量烧坏电缆绝缘层,也会产生并联电弧。 当组件方阵主导体之间发生并联电弧,由于电弧能够得到足够能量,更加难以熄灭,将 会造成重大火灾事故。通过断开光伏系统直流母线或相应组串可以熄灭串联故障电弧,然而 却无法熄灭并联故障电弧,甚至可能导致更大的电流通过电弧通路,使电弧燃烧更加剧烈。 目前,逆变器中集成的电弧保护功能,不能检测并联电弧和接地电弧,但并联电弧的破坏力 往往是串联电弧的 10 倍,安全隐患更大。 1.3 接地电弧 部件老化破损或机械损伤导致对地放电,如果组件平铺在彩钢瓦屋顶上,将出现接地电 弧或漏电情况。这种故障不易排查发现,尤其雨天更是常见,目前,解决方法为逆变器停机, 等接地处干燥后再开机运行,这种方法并不能有效排除隐患,同时增加人身触电的风险。 2 电弧相关标准及相关应用

为了减少电气火灾的发生,特别是对末端负载的故障电弧进行检测,我国针对故障电弧 检测出台了一些列的标准和政策。 《故障电弧探测器》GB14287.4-2014 由上述国标要求可知:故障电弧主要针对的是末端负载,负载功率在 10KW 以下。 《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-2013: 9.1.6 条文说明 电气火灾监控系统的设置不应影响供电系统的正常工作,不宜自动切 断供电电源。 9.2.4 条文说明 具有探测线路故障电弧功能的电气火灾监控探测器,其保护线路长度 不宜大于 100m 12.4.6 条文说明 电气线路应设置电气火灾监控探测器,照明线路上应设置具有探测故 障电弧功能的电气火灾监控探测器。 12.4.6 条文说明 高度大于 12m 的空间场所较大的隐患就是电气火灾,因此设置电气火 灾监控系统。照明线路故障引起的火灾占电气火灾的 10%左右,此类建筑的顶部较高,发 火灾在不容易被发现,也没法在其上面设置其他探测器,只有设置具有探测故障电弧功能的 电气火灾监控探测器,才能保证对照明线路故障引起的火灾的有效探测。 由上述国标要求可知:故障电弧主要针对的是末端的照明回路,且检测回路长度不超过 100 米。

3 AAFD故障电弧探测器可对光伏电站末端故障电弧进行有效监测

为了解决光伏电站的故障电弧问题,安科瑞研发的 AAFD 系列的故障电弧,可有效监控 光伏电站末端用电回路的故障电弧。 AAFD 系列故障电弧探测器对接入线路中的故障电弧(包括故障并联电弧、故障串联电 弧)进行有效的检测,当检测到线路中存在引起火灾的故障电弧时,可以进行现场的声光报 警,并将报警信息传输给上端监控设备,以实现预警火灾发生的目的。 AAFD 系列故障电弧探测器适用于工业与民用建筑中 10KW 及其以下的电气线路,其保护 线路长度不宜大于 100 米。产品遵循国标 GB 14287.4-2014,可适用于光伏电站末端、养老 院、学校、商业建筑、宾馆、工厂、库房、图书馆、办公室、家庭住宅、以及娱乐场所等。 安科瑞一站式保护方案 解决方案:设置电气火灾监控系统,并在末端电箱设置故障电弧探测器。

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系统组网图如下:

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故障电弧可以对接 AcrelEMS 企业微电网能效管理平台,具备强大的数据接收、处理、 存储、访问能力,平台融合了电力监控、电能统计、电气安全等功能,互联互通,高效互动。

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4 结束语

我国光伏电站建设正在如火如荼地进行中,已经走进千家万户与老百姓生产生活紧密相 连,如何保障光伏电站的“安全性"正在引起全行业的高度重视。随着央国企电力集团布局 光伏产业,电站运行中的安全问题更是提高到重中之重的位置。要想有效解决这一问题,需 要整个行业群策群力提出创新性解决方案,并且不断完善相关标准和法规,并在后续电站建 设中真正落实相关要求。 2022 年 4 月 26 日,中央财经委员会第十一次会议,研究全面加强基础设施建设问题, 提出构建现代化基础设施体系,实现经济效益、社会效益、生态效益、安全效益相统一,服 务国家重大战略,支持经济社会发展。光伏电站作为重要的能源基础设施,安全稳定高效运 行是经济发展的重要保障。

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