一种高效处理组串至汇流箱电缆故障的方法-solarbe文库

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一种高效处理组串至汇流箱电缆故障的方法摘要光伏电站组串至汇流箱电缆故障，是电站最为常见的故障之一，当接入汇流箱的组串距汇流箱较远且连接的电缆故障时，采用常规的方法处理故障需投入大量的人力物力，不利于电站资源优化及综合效率的提高。本文通过对常规故障处理方法的优化，并通过可行性理论研究及实际试验检测，得出了一种显著提高上述故障处理效率的方法。关键词光伏电站组串；汇流箱；电缆故障；距离远；新方法引言 XX 光伏电站容量 27MWp ，由于地势因素少数组串至汇流箱电缆采用槽盒架空外，其余均采用 PVC 管套装后通过地埋引入对应汇流箱中 [1]。投产一年以来组串至汇流箱电缆破损、断裂故障时有发生，其中组串至汇流箱距离较近的电缆故障，通过更换新电缆且采用 PVC 管套装架空后从新引入汇流箱解决，但对于距离较远的故障仍然采用更换电缆的常规方法解决的话，需投入大量人力及物资，不利于电站资源优化及综合效率的提高。 1 常规处理方法组串至汇流箱距离较远的电缆故障，常规的解决方法为更换新的故障电缆，然后将新的电缆采用 PVC 管套装后，选取最短的路径通过掩埋或地面裸露固定的方式接入汇流箱中对应母排，大庄光伏电站组串至汇流箱接线原理如图 1 所示。图 1.常规的组串至汇流箱接线原理图 1.1 使用的备品备件采用更换故障电缆的方式处理故障时，所需的备品备件如表 1 所示（表中价格以采购合同为准）。表 1.故障处理所需材料序号名称型号单价备注 1 电缆 PV 1-F 5.6 元 /m 使用量以故障电缆距离为准 2 MC 插头 8 元 /套使用量以实际情况为准 3 电缆线鼻子 0.5 元 /个使用量以实际情况为准 4 PVC 管 PVC-U Φ50mm 4 元 /m 使用量以实际情况为准 5 防火泥 7/kg 使用量以实际情况为准 6 扎带 3*100 0.3 元 /根使用量以实际情况为准 1.2 人力投入除了相关的材料消耗外，故障处理当中人力的投入也是必不可少的，根据运维经验更换 20m 远的故障电缆，2 名运维人员从开工到结束需要 3 个小时， [键入文档的引述或关注点的摘要。您可将文本框放置在文档中的任何位置。可使用 “文本框工具” 选项卡更改重要引述文本框的格式。 ] 其中最为耗时的施工步骤为新电缆穿管排线与路径选择。 2 新方法的原理及可行性理论研究当正极电缆故障时，新的故障处理理论为不对故障正极电缆进行更换，而是将故障的正极电缆在相应的组串出口处，通过防反二极管并接在相邻组串的同极性出线电缆上，与相邻组串共用一根电缆进入汇流箱，而当负极电缆故障时，则不需防反二极管，采用专用的分接头直接并接到相连组串负极电缆即可，通过这种新的方法处理故障，达到了缩短故障处理时间、减少人力投入、节省材料的目的。 2.1 可行性理论研究 2.1.1 电缆容量 xx 光伏电站采用的组串至汇流箱正负极电缆型号均为 PV1-F，导线标称截面为 4.0mm2、结构为 56/0.30mm，唯一的区别在于正极为红色负极为黑色 [2]，技术参数如表 2 所示。表 2.电缆技术参数表从表中可以得知电缆的直流额定电压值为 1.8kV、额定电流值为 25-32A，而将大庄光伏电站采用的两组串正负极电缆并接后，出现的最大直流电压值为 0.748kV（组串开路电压）、最大的电流值为 18.1A（组串短路电流），将电站的两个组串并接后正常运行时，出现的电压及电流均小于电缆额定电压、电流值，故电缆容量满足组串并接运行要求。 2.1.2 组串间环流问题当并接在一起的两个组串电动势大小不相等时组串间存在环流，此时组串内部损耗增大，输出功率减小，长期处在这种状态下运行的组串必将损坏。在实际的生产中由于太阳辐照及地势原因，相邻的两个组串电压值肯定存在一定的偏差，为了避免正极并接后存在环流而影响组串运行，分别在正极并接点至两组串出口正极 MC4 插头间,装设型号为 MDK25A 两进一出的光伏汇流箱专用防反二极管，该二极管电压范围 400V 至 2500V、电流 25A,满足组串并接后运行的电压、电流值要求，当负极故障时由于大庄光伏电站采用的汇流箱未配置具备防反冲功能的二极管，正常运行的组串及故障处理并接在一起的组串间环流现象是不可避免的，正极电缆故障并接原理如图 2 所示。图 2.正极电缆故障处理接线原理图 2.1.3 电流采集模块超量程及母排熔断保险过电流汇流箱支路电流采集模块（霍尔感应器）安装于汇流箱正极母排侧，组串正极电缆穿过采集模块到达正极母排 [3]，当正极故障时并接后流过公共电缆的电流值，近似等于正常运行时单个组串电流值的 2 倍，而在负荷较高时公共电缆电流值已经远远超出了采集模块的量程范围（0-12A），以及母排熔断保险的额定电流（15A），为了解决这一系列问题，在正极公共电缆接入汇流箱后，采用专用的器件将公共电缆分接为两根后，分别穿过采集模块到达母排。对于负极故障时虽然负极电缆不通过采集模块，但需通过与正极母排中相同规格的熔断保险，负荷较高时流过保险的电流仍然会超过保险额定值，负极公共电缆也需要采取与正极公共电缆相同的措施来解决这一问题。 2.1.4 电缆并、分接点的可靠性电缆的并接是把故障电缆在组串出口处，与相邻组串极性相同的电缆并接在一起的操作，正极故障电缆通过专用两进一出防反二极管（如图 3 所示）并接，施工过程中按照规范进行连接其稳定性、可靠性较高，并且并接点位于组串出口处，可以通过将并接点固定于支架上来增加其稳定性及保障运行环境延长使用寿命，公共电缆进入汇流箱后采用图 5 所示的 MC4 三通插头，进行电缆分接以保证连接的可靠性，然后将分接得到的两根电缆分别穿过采集模块到达汇流箱正极母排，负极故障时并接不使用二极管而是采用组件专用的 MC4 三通插头（如图 4 所示）进行连接，为了保证连接的质量，操作过程中必须采用专业的工具进行操作，并接后的公共电缆进入汇流后，采用 MC4 三通插头将其分接为两根后到达负极母排。图 3.汇流箱专用防反二极管图 4.组串专用 MC4 三通插头 2.1.5 组串运行状态的判别由于地势及太阳辐照的影响，两个邻近的组串运行电流也是不相等的，汇流箱智能模块配置电流异常监控告警功能，当箱内电流最低支路的电流值小于最高支路电流值的 20％时，启动相应支路电流异常告警，运行人员可通过中控室后台机上的运行管理系统查看相关的遥测信息。对由于故障处理而被并接起来的组串，运行状态的判别一方面要求运行人员，加强组串后台遥测运行数据的检查与分析力度，另一方面要求维护人员在月度场区巡检时，对组串并接及分接点电气连接部分进行重点巡查，确保隐患的及时发现与处理。 3 故障处理实际操作 XX 光伏电站每个方阵设计组串数为 202 架，由于地址原因部分方阵存在组串添补现象，23方阵为组串添补较多的方阵之一，23方阵添补的 136 号组串被接入 1 号汇流箱中，其与汇流箱的直线实测距离为 53.8m。2016 年 6 月运行人员发现 136 组串运行异常，到现场检查时发现该组串至汇流箱正极电缆损坏，经过讨论研究最终决定采用专用防反二极管，将故障正极电缆对应组串出口正极电缆与邻近组串正极并接的方法对故障进行处理，所消耗的材料如表 3 所示（单价以合同采购价及自行采购价为准），当日 3 名维护人员进行故障处理，开始施工到结束恢复组串正常运行耗时 43 分钟。表 3.处理正极故障消耗的材料列表序号名称型号单价消耗量备注 1 三通插头 MC4Y2 26 元/ 个 1 正极电缆接入汇流箱后分接 2 汇流箱专用防反二极管 MDK25A 32 元/ 个 1 组成侧组串正极并接 3 MC 插头 8 元/对 1 使电缆与三通相连接 4 绝缘胶带 5 元/卷 1 电缆与二极管连接处密封 3.1 常规方法处理若该故障采用常规更换故障正极电缆的方法来处理，最少需要消耗的材料如表 4 所示（价格以采购合同为准）。表 4.最少需要消耗的材料列表序号名称型号单价消耗量备注 1 电缆 PV 1-F 5.6 元/m 54m 以最短距离计算 2 MC 插头 8 元/对 1 对 3 电缆线鼻子 0.5 元/个 1 个 4 PVC 管 PVC-U Φ50mm 4 元/m 15m 假设只对穿过沟壑时进行穿管 5 防火泥 7 元/kg 0.5 kg 6 扎带 3*100 0.3 元/根 10 根以最少计算采用常规处理方法除了上述的材料必须消耗外，人力的投入也是必不可少的，3 个维护人员从开工到结束至少需要花费 2 小时。 3.2 两种方法对比说明新的故障处理方法与常规故障处理方法综合信息如表 5 所示。表 5.两种故障处理方法综合信息表方法消耗材料总价（元）耗时（分钟）备注新的故障处理法 96（含 25 元邮费） 43 常规故障处理法 377.4 120 数据均以最少计算如表所示，采用新的故障处理方法所消耗的材料成本及时间投入，远远小于常规处理方法。 3.3 采用新方法故障处理后组串运行状态 2016 年 6 月份故障处理以来组串运行状态良好，各电气连接点可靠连接，除受地势及太阳辐照因素影响，组串公共正极电缆分接出的两根电缆电流存在稍微偏差外，无其他异常状况。 4 结束语光伏电站组串至汇流箱电缆故障是最为常见的故障之一，新处理方法的提出显著的提高了故障处理的效率，但采用新方法处理故障后设备试运行时间较短，这个方法存在的弊端尚未发现，这要求运维人员应不断加强学习研究，当弊端暴露时及时的整改完善，在提高电站综合效率的同时不断增强自己的业务技能。参考文献 [1]周哲，曹洪，刘伟等.XX 并网光伏电站工程可行性研究报告，2014（4）5-6. [2]PV1-F 型光伏电缆说明，技术参数表 1. [3]正泰新能源汇流箱说明书，3-4.