光伏系統接地故障的研究

摘要：文章介紹了光伏系統中接地故障的產生原因，針對其危害性，重點論述了采用平衡電阻法對接地故障的檢測系統。其能實現光伏系統母線對地電壓、母線絕緣電阻、支路絕緣電阻的實時測量，提高系統運行的安全和穩定性。

關鍵詞：光伏系統；接地故障；絕緣電阻

中圖分類號：TM464 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）32-0079-02

隨著經濟社會的發展，傳統的能源日益枯竭，人類對可再生能源的需求越來越大。豐富的太陽能資源是重要的能源，是取之不盡、用之不竭、無污染、廉價、人類能夠自由利用的能源。隨著光伏組件的價格持續走低以及國家的各種支持政策，光伏項目日益增多，現場越來越多的問題與事故表明接地故障是光伏電站安全與穩定的一個

難題。

1 接地故障的原因及其危害

光伏系統布線復雜、支路多、距離長，不可避免地會有齲齒類動物咬破電纜、線纜自然老化或外力等因素而導致線纜絕緣層的破壞，使光伏線纜正極或負極對地間的絕緣電阻值降低至某一規定值，出現接地故障。

在光伏系統中，通常直流側正負極都是對地絕緣的，在發生一極接地時由于沒有構成接地電流的通路而不引起任何危害，但是一極接地長期工作是不允許的，因為另外一個地點同時發生接地時，將可能造成直流電源短路，輸出熔斷器熔斷，開關燒毀，逆變器可能出現故障，嚴重影響機房內其他設備的安全運行。尤其是對于金屬屋面電站，金屬屋面作為一個良好的導體，直流短路后果不堪設想，嚴重時發生短路電弧，燒穿屋面引起火災。

同時，電纜的絕緣下降還會造成運營維護人員的人身安全問題。另外，由于光伏系統直流輸入、輸出回路多，為方便安全運維，也有必要有效地監測和查找出絕緣下降的具體支路，及時處理，使系統安全穩定運行。

2 接地故障的檢測

2.1 接地故障檢測原理

如圖1所示，光伏系統主回路正負極分別連接平衡電阻R至地，通過隔離電壓變送器測量R兩端電壓即正負極對地電壓U+和U-。

匯流箱支路、逆變器支路線纜通過高靈敏度的非接觸式直流漏電流傳感器。當支路絕緣情況正常時，流過傳感器的正負電流大小相等、方向相反，其輸出信號為零；當支路有接地時，漏電流傳感器有差流流過，傳感器的輸出不為零。

R+和R-為支路的正負電纜的對地等效絕緣電阻，當絕緣性能降低時，對地等效電阻減小。

圖1 接地故障檢測原理圖

假設逆變器支路正極對地絕緣下降，即R+減小。設此時測得的正極和負極對地電壓分別為U+和U-，則

（1）

正對地電壓偏移額定值UN/2的范圍：

（2）

設正對負額定電壓為UN，通過漏電流傳感器的電流：

（3）

在正極絕緣R+下降的時候，通過合理的電阻R設置，可以得到漏電流傳感器采樣范圍之內的漏電流Il1。

負極接地和正極接地基本一致，在此不再詳述。

2.2 檢測母線對地電壓

采用隔離電壓變送器分別測量正負極母線對地電壓U+和U-，根據經驗值設U1和U2為電壓整定值的上下限。當U+U1時，說明正極絕緣下降；當U+>U1且U-

2.3 檢測母線絕緣電阻

通過檢測母線對地電壓，判斷母線絕緣下降。設正負母線絕緣電阻分別為R+和R-，則根據式（4）可以求出R+、R-和平衡電阻R及正負母線對地電壓U+、U-的關系，根據數據分析絕緣電阻的范圍和母線的絕緣效果。

（4）

2.4 檢測支路絕緣電阻

光伏系統中的任一條匯流箱和逆變器支路，從電源正端流出的電流I+，流經全部支路負載后，返回電流負端的支路電流為I-，當該支路沒有漏電流時，穿過傳感器的電流大小相等、方向相反，I+和I-產生的磁場相抵消，傳感器輸出為零。而當該支路有接地情況時，流經傳感器的正負方向電流大小不等，傳感器輸出一個反應該差值大小和方向的信號，該信號根據母線電壓及平衡電阻值R以及Il的大小，根據式（3）可計算出該支路的接地電阻值如式（5）所示：

（5）

3 結語

在化石能源日益緊張和國家利好政策的大力支持的背景下，光伏發電發展日益迅速，對其安全與穩定的要求也越來越高。采用平衡電阻檢測光伏系統的接地故障，監測裝置與被監測的直流系統無任何電氣聯系，光伏系統不加入任何外來電氣量，絕緣可靠。傳感器檢測的是直流差流信號，因此與系統分布電容無關，抗干擾能力強。能實現光伏系統母線對地電壓、母線絕緣電阻、支路絕緣電阻的實時測量，提高了系統運行的安全和穩定性。

參考文獻

[1] 李鐘實.太陽能光伏發電系統設計施工與維護[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[2] 王守相，王成山.現代電力系統分析[M].北京：高等教育出版社，2007.

[3] 鮑諺，姜久春.新型直流系統絕緣在線監測方法[J].高電壓技術，2011，（2）：333.

[4] 光伏系統并網技術要求（GB/T 19939-2005）[S].

[5] Jain M.B.，Srinivas M.B.，Jain，A.A novelweb based expert system architecture for on-line andoff-line fault Diagnosis and control （ FDC ） of powersystem equipment .Power System Technology and IEEEPower India Conference. New Delhi， India： IEEE， 2008：1-5.

作者簡介：肖新元（1985—），男，湖北孝感人，珠海興業新能源科技有限公司助理工程師，研究方向：電子信息科學技術。