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在光伏系統中,電氣開關是必不可少的元器件之一。主要有兩個方面作用:
一是電氣隔離功能,在安裝和維護時,用于切斷光伏組件,逆變器,配電柜和電網之間的電氣連接,給操作人員提供一個安全的環境,這個動作一般是由操作人員主動實現。
二是安全保護功能,當電氣系統發生的過流、過壓、短路過溫及漏電流時,能自動切斷電路,以保護人身和設備的安全,這個動作是開關自動實現。
在對光伏電站的運行過程中,經常容易碰開關跳閘的情況,其中的原因是開關可能出現過流、過壓、過溫、漏電流,下面分析每一種情況產生的原因的解決方案。
1.電流原因
這種故障為常見,斷路器選型太小或質量不過關導致長期過載運行,容易發熱跳閘。設計時,首先要計算電路的大電流,一般就是逆變器交流輸出的大電流。開關的額定電流要超過電路大電流的1.2倍到1.5倍。比如單臺功率20KW的逆變器,大交流輸出電流在32A左右,這時建議就選40A以上的斷路器。
判斷依據:平時不跳閘,只有當天氣很好,光伏系統功率較大時才跳閘。
解決方法:更換額定電流大的斷路器或者質量可靠的斷路器。
小型斷路器有C型和D型兩種,這是脫扣類型,C型與D型的區別在于短路瞬時脫扣電流的不同,過載保護是相同的。C型磁脫扣電流為(5-10)In,就是說當短路電流10倍額定電流時跳閘,動作時間小于等于0.1秒,適用于保護常規負載。D型磁脫扣電流為(10-20)In,就是說當短路電流20倍額定電流時跳閘,動作時間小于等于0.1秒,適用于保護具有很高沖擊電流的設備。當開關前后有變壓器之類的電氣設備,斷電后有一個沖擊電流,應該選擇D型斷路器,如果線路沒有變壓器等感性設備,建議選擇C型斷路器。戶用光伏項目中沒有較大的沖擊電流負載,一般是C型斷路器居多。
2.電壓原因
這種故障比較少見,斷路器兩相之間,有一個額定電壓,一般單極為250V,如果超過這個電壓就有可能跳閘。原因可能有兩種:一種是斷路的額定電壓型選錯;二是當光伏系統的功率大于負載用電功率時,逆變器提高電壓往外送電。
判斷依據:用萬用表測量斷路電壓,超過了斷路器的額定電壓。
解決方法:更換額定電壓更高的斷路器,或線徑更大的電纜,降低線路阻抗。
目前國內市面上主流的逆變器交流輸出電壓主要有四種;單相220V(一根火線+一根零線),三相380V(三根火線+一根零線)、480V/540V(三根火線)、800V(三根火線),在進行斷路器設計選型的過程中需要考慮到電壓等級的問題。
3.溫度原因
這種故障也較常見,斷路器標注的額定電流,是器件在溫度為30度情況下能長期通過的大電流,溫度每升高10度電流減少5%。而斷路器因為有觸點存在,也是一個發熱源。造成斷路器溫度過高的原因有兩種:一是斷路器和電纜接觸不良,或斷路器本身觸點接觸不好,內阻大,導致斷路器溫度升高;二是斷路器安裝的地方環境封閉散熱不好。
判斷依據:斷路器動作跳閘后,用手去摸,感覺溫度偏高,或看到接線端子有溫度偏高,甚至有燒焦的氣味。
解決方法:重新接線,或更換斷路器。
4.漏電原因
這種故障導致的跳閘也比較常見。漏電流又稱方陣殘余電流,其產生原因是光伏系統和大地之間存在寄生電容,當寄生電容-光伏系統-電網三者之間形成回路時,在無變壓器的光伏系統中,回路阻抗相對較小,共模電壓將在光伏系統和大地之間的寄生電容上形成較大的共模電流,即漏電流。
光伏系統中的漏電流,包括直流部分和交流部分,如果接入電網,會引起并網電流畸變、電磁干擾等問題,對電網內的設備運行產生影響;漏電流還可能使逆變器外殼帶電,會對人身安全構成威脅。
跳閘原因:線路或其它電器故障,其它用電設備漏電,線路漏電,組件或直流線路絕緣層破壞。
判斷依據:組件正負極和交流相線之間,組件正負極、相線和地線之間絕緣電阻低。
解決方法:檢測和更換有故障的設備和電線。
當因漏電故障造成的跳閘時,必須查明原因排除故障后,方可重新合閘,嚴禁強行合閘。漏電斷路器發生分斷跳閘時,手柄處于中間位置,當重新閉合時,需先將操作手柄向下扳動(分斷位置),使操作機構重扣合,再向上進行合閘。
光伏系統如何選用漏電保護器:由于光伏組件安裝在室外,多路串聯時直流電壓很高,組件對地會有少量的漏電流,因此選用漏電開關時,要根據系統大小調節漏電流的保護值。一般建議斷路器漏電流值選型如下:
1.對于額定輸出小于或等于30KVA的逆變器,300mA;
2.對于額定輸出大于30KVA的逆變器,10mA/KVA。
一般常規30mA的漏電開關,只適合安裝在單相5kW或者三相10kW以下的系統,超過這個容量,要適當提高漏電流的保護值。
光伏系統如果配置了隔離變壓器,可以減少漏電流的發生,但如果隔離變壓接線錯誤,或者本身有漏電問題,也有可能因為漏電流而跳閘。
總結
光伏系統發生開關跳閘事件,會直接導致系統不發電,帶來經濟損失。如果是安裝較久的電站,其中原因可能是電路的接線問題或者開關老化的問題,在日常設備巡檢中需及時發現和更換處理。如果是新安裝的電站,有可能是開關的選型不當、線路絕緣不良、變壓器絕緣不良等問題,需要我們在電站前期設備選型中盡可能的注意。