江蘇安科瑞電器制造有限公司 范宏博

【摘要】：國家雙碳政策下，光伏發(fā)電將在未來能源結構中承擔主力軍角色，同時也將進入一個蓬勃發(fā)展的新時代。2021年，分布式光伏電站新增容量超過集中式電站，標志著分布式光伏電站進入大規(guī)模快速增長階段，但是，隨之而來的“安全問題"也越來越多，已經(jīng)到了迫切需要解決的地步。

“安全"是一切產(chǎn)業(yè)的命脈，是一票否決的原則性問題，光伏電站安全運營也是電站取得商業(yè)回報的根基所在。隨著“整縣推進"項目不斷落地實施，大量政府機關、學校、醫(yī)院、居民屋頂以及加油站、各種料棚和工商業(yè)彩鋼瓦屋頂安裝光伏電站。一直以來，光伏電站“防電弧"和“防火災"發(fā)生是光伏電站的難點、屋頂電站的痛點、政府關注的焦點、社會yl的焦點。

【關鍵詞】：分布式光伏電站；故障電弧探測器；電氣火災

引言

隨著中國經(jīng)濟和科學技術的迅速發(fā)展，城市建設越來越快，進入城市的人口越來越多，城市建設逐漸向高密集型、智能化方向發(fā)展，現(xiàn)代大體量建筑、公眾集聚場所建筑和一類高層建筑越來越多，隨之而來的火災隱患也在大大增加。電氣設備在使用過程可能因自身故障引發(fā)安全事件，從而造成難以估量的后果。究其原因發(fā)現(xiàn)，設備設計、制造、 安裝以及后期使用維護、電氣設備故障、線路老化等均是導致安全事件出現(xiàn)的主要因素?；诖耍欢ㄒ獙﹄姎庠O備使用給予足夠重視，為內(nèi)部電弧增添相應保護設施，以免電氣設備功能受到影響。

故障電弧產(chǎn)生原因及危害

故障電弧是指由于電氣線路或設備中絕緣老化破損、電氣連接松動、空氣潮濕、電壓電流急劇升高等原因引起空氣擊穿所導致的氣體游離放電現(xiàn)象。故障電弧發(fā)生時，其中心溫度可高達3000 ℃左右，并伴隨有金屬噴濺物，足以引燃任何可燃物，引發(fā)電氣火災，對人民群眾的生命財產(chǎn)安全造成危害。

電弧的分類

電弧分為好弧與壞弧，好弧是指電路正常時產(chǎn)生的火花，例如，插頭脫離插座時生成的電弧會快速熄滅，并不會對設備造成負面影響，這類電弧不會威脅設備以及使用人員生命安全。壞弧主要是因線路老化、空氣潮濕、短路等因素所導致。根據(jù)電弧出現(xiàn)時電流大小不同，可將電弧細分為大電弧及小電??；若將故障出現(xiàn)位置作為劃分標準，又可分為串聯(lián)電弧故障、并聯(lián)電弧故障等。

●串聯(lián)電弧

串聯(lián)電弧，又稱為拉弧。串聯(lián)電弧通常由組件間電纜插頭接觸不良、組串電纜與匯流箱或者逆變器的連接不牢靠等原因造成。

●并聯(lián)電弧

并聯(lián)電弧主要由線路破損引起的正負極性導體短接，或者組串電纜之間短接引起的。當組串電纜被機械擠壓或磨損時，在正負極之間，或者不同組串之間就會產(chǎn)生電弧放電，這就是并聯(lián)電弧故障。還有一種情況也會導致并聯(lián)電弧，當系統(tǒng)出現(xiàn)串聯(lián)電弧沒有及時處理時，串聯(lián)電弧的熱量燒壞電纜絕緣層，也會產(chǎn)生并聯(lián)電弧。

當組件方陣主要導體之間發(fā)生并聯(lián)電弧將會造成重大火災事故。通過切斷光伏系統(tǒng)直流母線或相應組串可以熄滅串聯(lián)故障電弧，然而卻無法熄滅并聯(lián)故障電弧，甚至可能導致更大的電流通過電弧通路，使電弧燃燒更加劇烈。

目前，逆變器中集成的電弧保護功能，不能檢測并聯(lián)電弧和接地電弧，但并聯(lián)電弧的破壞力往往是串聯(lián)電弧的10倍，安全隱患更大。

●接地電弧

部件老化破損或機械損傷導致對地放電，如果組件平鋪在彩鋼瓦屋頂上，將出現(xiàn)接地電弧或漏電情況。這種故障不易排查發(fā)現(xiàn)，尤其雨天更是常見，目前，解決方法為逆變器停機，等接地處干燥后再開機運行，這種方法并不能合理排除隱患，同時增加人身觸電的風險。

故障電弧探測器檢測原理

探測器通過對電路中電弧電流的檢測、處理、分析，判別故障電弧是否發(fā)生及持續(xù)，決定是否需要分斷電路及發(fā)出警報。探測器采用智能微控制器(MCU)作為控制中心，對電流互感器線圈采集到的微弱電流信號進行實時波形處理，分析波形特點， 并與存儲的電弧故障波形數(shù)據(jù)庫進行比較、判別，確認電弧故障是否發(fā)生。通常，探測器需具備如下特性： 其一，準確的電弧電流檢測功能（mA 級）。其二，快速的電弧 波形分析能力（ms 級）。其三，準確的故障波形特征庫，并有一定“學習"功能，能準確判斷不同負載下的串聯(lián)或并聯(lián)電弧故 障。其四，可靠的動作特性，發(fā)生串、并聯(lián)電弧故障時快速分 斷電路，電路正常工作時不誤動作，進而保障供電連續(xù)。

安科瑞一站式保護方案

在末端電箱設置故障電弧探測器

系統(tǒng)組網(wǎng)圖如下：

故障電弧可以對接AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理平臺，具備強大的數(shù)據(jù)接收、處理、存儲、訪問能力，平臺融入了電力監(jiān)控、電能統(tǒng)計、電氣安全等功能，互聯(lián)互通，合理互動。

結束語

伴隨時代發(fā)展變化以及社會進步，電氣設備已經(jīng)成為現(xiàn)代建筑重要的一部分，是決定建筑安全性、實用效果的關鍵因素。但設備在運行過程中偶爾會出現(xiàn)一些故障，在影響居民日常生活的同時可能會造成難以估量的后果，這種情況之所以出現(xiàn)主要是因電弧的產(chǎn)生。由此可見，對其進行深入研究分析并設計電弧保護具有較為重要的意義與作用，能夠合理降低故障出現(xiàn)概率，延長其生命周期，減少故障維修時投入的資金成本，具有較為顯著的經(jīng)濟效益。