光伏匯流箱直流斷路器的選型

特變電工新疆新能源股份有限公司 ■ 張曉峰

0 引言

隨著近幾年光伏電站的飛速發(fā)展，光伏電站也由最初對(duì)發(fā)電量和規(guī)模的追求，逐漸轉(zhuǎn)向追求系統(tǒng)度電成本更低和系統(tǒng)安全可靠性更高。

光伏發(fā)電系統(tǒng)要做到安全可靠性更高，首先最主要的是設(shè)備的設(shè)計(jì)，即選擇必須合理且可靠。匯流箱作為光伏陣列一級(jí)匯流設(shè)備，是光伏電站電源的源頭，而匯流箱里的主要元器件直流斷路器的選擇正確與否，直接關(guān)系到匯流箱運(yùn)行的可靠性。因此，本文通過(guò)一些工程項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，就直流斷路器的選型做一些簡(jiǎn)單的介紹。

1 光伏直流斷路器的介紹

目前光伏市場(chǎng)上主要使用的直流斷路器有北京人民、ABB、諾雅克和LS，這幾家的產(chǎn)品基本都是四極形式通過(guò)串聯(lián)方式(接法見(jiàn)圖1)實(shí)現(xiàn)光伏系統(tǒng)的使用要求。

由于目前光伏直流系統(tǒng)的最高電壓普遍為1000 VDC，因此，可通過(guò)上圖1中兩種串聯(lián)方式來(lái)提高斷路器額定電壓，保證直流斷路器的絕緣要求。

2 光伏直流斷路器的選型

2.1 額定工作電壓和額定電流的選擇

光伏匯流箱內(nèi)直流斷路器的額定工作電壓和額定電流應(yīng)分別不低于直流匯流線路、匯流箱的額定工作電壓和工作電流。

以單塊功率為250 Wp的多晶組件，20塊1串，16匯1的匯流箱為例。匯流箱額定工作電壓Ue＞20倍組件額定電壓，額定工作電流Ie＞16倍組件額定電流。

根據(jù)組件的特性，其短路電流和正常工作電流相差很小，所以直流斷路器的選擇主要考慮組件超發(fā)情況下，一般按照1.25 Isc選取。

2.2 海拔對(duì)選型的影響

隨著海拔高度的增加，首先表現(xiàn)為當(dāng)?shù)卮髿鈮毫π∮跇?biāo)準(zhǔn)大氣壓力，空氣稀薄，導(dǎo)致絕緣介質(zhì)強(qiáng)度降低。由于直流斷路器的絕緣介質(zhì)是空氣，因此直流斷路器的絕緣和額定電流相應(yīng)降低，并且隨海拔的增高絕緣能力和額定電流大小呈遞減趨式。因此，直流斷路器的絕緣性能減弱，此時(shí)需考慮對(duì)直流斷路器乘以相應(yīng)降容系數(shù)。表1是某廠家選型手冊(cè)上的高海拔降容系數(shù)表。

由表1可看出，光伏直流斷路器使用在2000 m及以下，可不用考慮降容；超過(guò)2000 m，其降容相當(dāng)明顯。因此在海拔超過(guò)2000 m時(shí)，直流斷路器的選擇就必須考慮降容。

表1 直流斷路器的海拔降容系數(shù)表

2.3 溫度對(duì)選型的影響

直流斷路器運(yùn)行在不同環(huán)境溫度下，其額定工作電流也會(huì)發(fā)生變化。再加上大多數(shù)匯流箱內(nèi)均配有防反二極管，由于防反二極管的發(fā)熱較嚴(yán)重，如果斷路器運(yùn)行的環(huán)境溫度超過(guò)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)工作溫度，則需按照相應(yīng)降容系數(shù)對(duì)斷路器進(jìn)行選型。斷路器運(yùn)行環(huán)境溫度降容系數(shù)如表2所示。

表2 直流斷路器的溫度降容系數(shù)表

2.4 接線形式對(duì)選型的影響

光伏直流斷路器采用四極外部極間串聯(lián)方式(按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)溫升試驗(yàn)方法為：極與極之間要串聯(lián)4 m符合額定電流截面積的銅導(dǎo)線)。由于未規(guī)定串聯(lián)極間導(dǎo)體的截面積和長(zhǎng)度，導(dǎo)致在匯流箱生產(chǎn)過(guò)程中，因受匯流箱的體積限制，極與極之間只能連接約等于相間距長(zhǎng)度的導(dǎo)線或銅短接板。這與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)溫升規(guī)定的長(zhǎng)度相差懸殊，導(dǎo)致串聯(lián)導(dǎo)體散熱差，造成直流斷路器的誤動(dòng)作。

根據(jù)IEC規(guī)定：光伏串用直流微型斷路器的額定電流值應(yīng)符合1.25Isc≤In≤2Isc。光伏模塊/光伏串的短路電流根據(jù)試驗(yàn)得知：直流塑殼斷路器用短導(dǎo)體連接將會(huì)產(chǎn)生25%以上的降容系數(shù)。

因此，若匯流箱內(nèi)直流斷路器采用此種方式，則必須考慮0.75倍左右的降容系數(shù)，并且此種連接方式的降容在光伏直流斷路器選型中應(yīng)作為首要條件。

3 結(jié)束語(yǔ)

光伏匯流箱為光伏電站直流匯流系統(tǒng)的主要設(shè)備，為了保證匯流箱能安全可靠地運(yùn)行，必須對(duì)匯流箱內(nèi)的直流斷路器進(jìn)行準(zhǔn)確選型。了解直流斷路器在不同環(huán)境條件下的使用要求，是對(duì)直流斷路器正確選型的必要條件。

[1] 李鐘實(shí).太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工與維護(hù)[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[2] GB50797-2012，光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范[S].