光伏電站機電設備常見故障原因分析

中國水利水電第十工程局有限公司 周志遠

1 引言

隨著社會不斷發展，生產生活的電能需求量的不斷增加，而我國當前電力資源分布不均勻，一些偏遠地區不具備集中式發電的條件，僅依靠架空線纜進行電力資源的遠距離傳輸。此種方式不僅造成了電力資源的浪費，也越來越難以滿足社會的快速發展。為克服這一難題，有效提高電力資源的利用率，越來越多的光伏電站投入建設應用[1]。但在光伏電站的運行維護中，設備經常發生各種故障，嚴重拖延生產進度，影響生產質量，因此，研究相應的故障處理策略刻不容緩。

2 光伏電站的主要構成及工作原理

光伏電站主要由光伏組件、匯流箱、交直流逆變器、配電箱、雙向電表、監控控制系統、安裝支架等組成，其原理結構圖如圖1所示[2]。

圖1 光伏電站的主要原理結構

光伏電池采用串聯或并聯方式，以一定的角度在光伏支架上進行設計安裝，組成光伏陣列，盡可能地吸收太陽量，并將太陽量轉化為直流電，經匯流箱進入逆變器，在逆變器中逆變為交流電后，輸送到主電網中。雙向電表可以對系統的實際發電、用電情況進行跟蹤記錄、顯示儲存等，實現輸入主電網電力量的統計[3]。

3 光伏電站機電設備工作中常見故障及處理方法

3.1 逆變器不并網故障及處理方法

在逆變器與電網未正確連接的情況下經常發生逆變器不并網故障，主要排查方法：一是排查交流開關是否閉合，若閉合，則查看連接逆變器輸出口的線纜是否松動并采用數字式萬用表對此處電壓進行測量，若無松動但電壓數值較小，幾乎接近0V，則說明此處線纜存在斷點；若無松動且電壓數值在110～220V，說明此處線路無問題，則進行下一步排查，檢查逆變器輸出口與電網的連接處是否存在虛接或脫落現象。在用電檢查過程中，需要穿戴好勞保防護用品，切勿用手直接接觸電線及端子排，避免觸電現象發生，從而對作業人員的身體造成傷害。

3.2 電網故障原因及處理方法

當光伏系統電網的電壓、頻率瞬時過高或者過低時，均會造成電網故障。此類故障的處理方法主要是先用數據萬用表對電網的電壓、頻率進行實測，如果實測值不在正常范圍內，則需要靜候供電網恢復正常即可。如果供電電網的網壓、頻率在正常值范圍內，可能是電路板的本體發生故障，可以通過將交直流端子切斷，對逆變器斷電重啟，進行設備故障恢復。

3.3 光伏電站發電效率偏小原因及解決方法

不同支架傾斜角度太陽光照輻射量見表1，光伏電站的光伏電池支架安裝傾斜角度對于整個發電系統的發電效率影響不一。當光伏發電系統支架安裝的傾斜角度為25°時，太陽光的能量達到最大值，全年每平方米太陽能能量高達6312MJ，盡可能地利用太陽光照能量。因此，如果系統輸出功率較小，維護檢修過程中，要密切關注光伏電池支架的安裝情況，確保安裝牢固無松動，保證傾斜角度在合理范圍內，能夠提高發電效率，保證光伏電站的發電效率。

表1 不同支架傾斜角度太陽光照輻射量（單位：mJ/m2）

4 采取科學的管控措施減少光伏電站機電設備故障的發生

4.1 合理選擇電網接入點電壓

光伏電站中電網電壓值如何選擇是系統正常運行的基本要求，為了盡可能降低并網電壓不合理而造成的設備故障，要合理選擇接入點電壓。通常情況下，在接入點電壓要求方面，光伏電站系統額定電壓范圍是89%～115%。所以，需要通過交直流逆變器對接入電網的電壓進行相應調節及控制。

4.2 科學設置電網頻率，預防電壓閃變

根據光伏電站在實際生活中的應用情況，電網的頻率需要恒定在49.5～50.5Hz。運行過程中，一旦超出該頻率區間，如果未能立即切換到逆變器運行模式，將會引發設備故障，導致系統運行中斷。此外，光伏電站將產出的電直接輸入到電網后，會出現電壓閃變故障，進而導致電壓的偏離，依據相關要求，需要將電壓偏離值限定在5%以下，一定程度上避免此類故障發生。

4.3 重點關注光伏玻璃組件的維護

光伏玻璃作為光伏矩陣中重要的能量吸收轉換元件，作業人員在日常檢修時要格外關注其工作狀態，嚴格按照相關流程對光伏玻璃進行檢查，定期對輻照玻璃鏡面進行清潔，檢查其有無裂紋、熱斑等現象。此外，作業人員要通過紅外成像儀對每平方米太陽能輻照強度為800W以上的同一光伏矩陣的外表面工作溫度進行檢查，查看其表面受熱是否均勻，避免發生熱板故障。

4.4 采用在線檢測手段，加強設備監管力度

光伏電站的運行質量必須采用有效的運行監控方式，建立相關監管制度并科學地進行落實。在光伏電站運行中，要時常查看光伏機電設備的各運行參數，診斷光伏系統的運行情況，一旦數據異常時，要及時進行調整或檢修。但在實際工作中，如果缺乏智能化在線監測裝備，或者某些檢修人員粗心大意、檢修流程制度落實不徹底，并且未能對光伏電站運行中的各項數據進行跟蹤記錄，便會出現隱患。因此，光伏設備發生故障時，沒有相關的數據及有效信息作為檢修的參考資料。再者，光伏電站一般建設在比較遼闊、遠離繁華都市的地帶，一定程度上加大了作業人員對光伏系統全面監控管理的難度，故障發生也未能及時被發現。

引入動態檢測設備，實時監控光伏電站的運行狀態，利用傳感器采集數據，然后上傳到通信網絡，經過計算機處理，迅速診斷出光伏系統存在的故障，為設備檢修提供有力的支撐。相比傳統的人工巡檢，在線動態檢測可以及時發現光伏電站各種潛在問題，為后續故障的處理提供依據，也是可靠性檢修的重要途徑[4]。在線檢測可以實現全天24h 不間斷檢測，快速識別出異常數據，確定出設備故障點并進行報警，通知檢修人員快速到達現場進行檢修，從而降低故障，有效保證光伏電站的發電質量。

4.5 嚴格控制光伏電站機電設備部件的生產質量

目前我國光伏發電技術仍處于發展階段，在光伏電站設計階段，如果設計人員缺乏經驗，未能充分掌握光伏電站設計和安裝時要注意的陷阱，便會在光伏系統安裝時出現紕漏，可能最終造成光伏電站設備運行故障。此外，組成光伏發電站的機電設備部件均是精密度要求較高的材料，作業人員在材料型號選擇時，一旦存在失誤或者是在材料存放時粗心大意未履行監管職責，都會導致機電設備部件質量達不到要求，進而造成光伏電站設備故障的頻繁發生。

為確保光伏電站的運行質量，相關部門必須加大光伏系統各設備部件的質量檢查力度，避免次品的零部件進入設備現場，對未來生產造成故障隱患。在采用各組成零部件時，謹遵國家相關部門質量要求，對光伏組件、匯流箱、交直流逆變器、配電箱、雙向電表等進行功能測試，并出具相應的質量檢測報告。后期，公司也可以根據使用記錄，做好設備零部件質量跟蹤工作，與信用較佳的部件廠家建立永久合作關系。

4.6 強化光伏電站施工過程管控

在光伏電站建設過程中，要充分做好準備工作，必須嚴格執行施工流程和標準，這樣不僅可以確保光伏電站建設質量，還可以減少后期光伏設備故障的發生，為系統安全可靠運行提供有力的保障[5]。但是，在實際建設中，如果施工組織不完善，沒有提前制定詳細步驟計劃、沒有落實質量責任制、未形成萬一施工發生事故便可逐級匯報的工作體系，這些施工過程把控不嚴的地方最終會影響光伏系統建設質量，會為后期光伏設備的運行埋下故障隱患。

為了充分保障光伏電站建設質量，避免后期光伏系統運行中設備故障頻繁發生。在施工建設過程中，需要提前規劃，設計好相應流程，從施工各個環節上對項目質量及進度進行科學把控，嚴格保證每一步質量、每一項項目進度。流程如圖2所示。

圖2 光伏電站施工管控流程

一是項目計劃環節。以項目決策、結果為導向，對光伏電站建設質量的需求進行充分分析，設計出合理的施工大綱，并按照大綱進行細化，制定出每一步詳細的施工過程管控流程，差異化對施工質量進行控制。在此過程中，項目計劃切忌憑空捏造，要廣泛收集聽取各方建議，多開會、多討論，才能夠保證項目計劃制定的科學性。

二是項目施工環節。在進行光伏電站動工過程中，在嚴格把控材料備件選型基礎上，確保每一環節工序都按標準流程進行施工，不能出現私改步驟、偷工減料等情況。只有緊抓施工環節，才能夠更好地保障光伏電站的建設質量，避免后期設備故障的發生。

三是項目驗收環節。該環節主要分為項目中間驗收、項目竣工驗收等階段。主要是依據國家相關標準，對系統進行整體的、全面性的檢查，保證光伏電站項目總體能夠通過驗收。

此外，工作團隊內部應明確職責分工，建立督察督辦制度，構建短期加長期的工作機制，并積極對督辦事項進行跟蹤反饋，使問題形成閉環管理。

4.7 增強作業人員的安全意識，提升作業人員技術水平

在光伏電站的運行維護過程中，應著重增強作業人員的安全意識，提高作業人員技能水平。首先，充分學習運維過程中相關機械電氣設備的操作規程，熟練掌握其使用方法，避免操作不當而造成的設備故障。其次，開展專業的指導和培訓，使檢修人員熟練掌握運維過程中光伏電站設備常見故障處理技術，并將其所學知識在實際工作中落到實處。最后，定期組織技術交流會，討論棘手難題，交流心得體會，分享先進經驗，全面提升檢修人員素質，減少光伏電站故障發生后的處理時間，提高生產效率。

5 結語

本文從光伏電站的工作原理入手，對其機電設備運行中常見的故障進行分析，探討了相應的處理辦法，并提出了科學設置電網頻率、采用在線檢測手段、重點關注光伏玻璃組件的維護等科學管控措施，降低光伏電站設備故障的發生頻次，保證光伏電站安全平穩地運行，有效提高了生產進度和生產效率，促進了電力企業的健康發展。