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故障電弧在分布式光伏電站的應(yīng)用

更新時(shí)間: 2022-07-11   點(diǎn)擊次數(shù): 747次

  國(guó)家雙碳政策下,光伏發(fā)電將在未來(lái)能源結(jié)構(gòu)中承擔(dān)主力軍角色,同時(shí)也將進(jìn)入一個(gè)蓬勃發(fā)展的新時(shí)代。2021年,分布式光伏電站新增容量超過(guò)集中式電站,標(biāo)志著分布式光伏電站進(jìn)入大規(guī)??焖僭鲩L(zhǎng)階段,但是,隨之而來(lái)的“安全問(wèn)題”也越來(lái)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(wèn)題,光伏電站安全運(yùn)營(yíng)也是電站取得投資回報(bào)的根基所在。隨著“整縣推進(jìn)”項(xiàng)目不斷落地實(shí)施,大量、學(xué)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;可再生能源建筑政策也將推動(dòng)BIPV(建筑光伏一體化)市場(chǎng)繁榮發(fā)展。一直以來(lái),光伏電站“防電弧”和“防火災(zāi)”發(fā)生是光伏電站的難點(diǎn)、屋頂電站的痛點(diǎn)、政府關(guān)注的重點(diǎn)的焦點(diǎn)。

關(guān)鍵詞光伏電站;故障電??;電氣火災(zāi)

 

0 前言

近年來(lái),光伏電站火災(zāi)事故頻發(fā),這不僅損失電站財(cái)產(chǎn)、發(fā)電收益,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成建筑物損壞和人身傷害,甚至蔓延到周邊環(huán)境,導(dǎo)致一系列次生災(zāi)害發(fā)生。

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電弧產(chǎn)生是光伏電站中常見的故障現(xiàn)象,由于接點(diǎn)脫落、器件老化、絕緣破裂、接地不良等情況都會(huì)產(chǎn)生電弧。

 

1 電弧分析

1.1 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。

1.2 并聯(lián)電弧

并聯(lián)電弧主要由線路破損引起的正負(fù)極性導(dǎo)體短接,或者組串電纜之間短接引起的。當(dāng)組串電纜被機(jī)械擠壓或磨損時(shí),在正負(fù)極之間,或者不同組串之間就會(huì)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(huì)導(dǎo)致并聯(lián)電弧,當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)串聯(lián)電弧沒(méi)有及時(shí)處理時(shí),串聯(lián)電弧的熱量燒壞電纜絕緣層,也會(huì)產(chǎn)生并聯(lián)電弧。

當(dāng)組件方陣主導(dǎo)體之間發(fā)生并聯(lián)電弧,由于電弧能夠得到足夠能量,更加難以熄滅,將會(huì)造成重大火災(zāi)事故。通過(guò)斷開光伏系統(tǒng)直流母線或相應(yīng)組串可以熄滅串聯(lián)故障電弧,然而卻無(wú)法熄滅并聯(lián)故障電弧,甚至可能導(dǎo)致更大的電流通過(guò)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(hù)功能,不能檢測(cè)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。

1.3 接地電弧

部件老化破損或機(jī)械損傷導(dǎo)致對(duì)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(jī),等接地處干燥后再開機(jī)運(yùn)行,這種方法并不能有效排除隱患,同時(shí)增加人身觸電的風(fēng)險(xiǎn)。

2 電弧相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)應(yīng)用

為了減少電氣火災(zāi)的發(fā)生,特別是對(duì)末端負(fù)載的故障電弧進(jìn)行檢測(cè),我國(guó)針對(duì)故障電弧檢測(cè)出臺(tái)了一些列的標(biāo)準(zhǔn)和政策。

《故障電弧探測(cè)器》GB14287.4-2014

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由上述國(guó)標(biāo)要求可知:故障電弧主要針對(duì)的是末端負(fù)載,負(fù)載功率在10KW以下。

《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50116-2013:

9.1.6條文說(shuō)明 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)置不應(yīng)影響供電系統(tǒng)的正常工作,不宜自動(dòng)切斷供電電源。

9.2.4條文說(shuō)明 具有探測(cè)線路故障電弧功能的電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器,其保護(hù)線路長(zhǎng)度不宜大于100m

12.4.6條文說(shuō)明 電氣線路應(yīng)設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器,照明線路上應(yīng)設(shè)置具有探測(cè)故障電弧功能

的電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器。

12.4.6條文說(shuō)明 高度大于12m的空間場(chǎng)所較大的隱患就是電氣火災(zāi),因此設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。照明線路故障引起的火災(zāi)占電氣火災(zāi)的10%左右,此類建筑的頂部較高,發(fā)火災(zāi)在不容易被發(fā)現(xiàn),也沒(méi)法在其上面設(shè)置其他探測(cè)器,只有設(shè)置具有探測(cè)故障電弧功能的電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器,才能保證對(duì)照明線路故障引起的火災(zāi)的有效探測(cè)。

由上述國(guó)標(biāo)要求可知:故障電弧主要針對(duì)的是末端的照明回路,且檢測(cè)回路長(zhǎng)度不超過(guò)100米。

 

3. AAFD故障電弧探測(cè)器可對(duì)光伏電站末端故障電弧進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)

為了解決光伏電站的故障電弧問(wèn)題,安科瑞研發(fā)的AAFD系列的故障電弧,可有效監(jiān)控光伏電站末端用電回路的故障電弧。

AAFD系列故障電弧探測(cè)器對(duì)接入線路中的故障電弧(包括故障并聯(lián)電弧、故障串聯(lián)電弧)進(jìn)行有效的檢測(cè),當(dāng)檢測(cè)到線路中存在引起火災(zāi)的故障電弧時(shí),可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的聲光報(bào)警,并將報(bào)警信息傳輸給上端監(jiān)控設(shè)備,以實(shí)現(xiàn)預(yù)警火災(zāi)發(fā)生的目的。

AAFD系列故障電弧探測(cè)器適用于工業(yè)與民用建筑中10KW及其以下的電氣線路,其保護(hù)線路長(zhǎng)度不宜大于100米。產(chǎn)品遵循國(guó)標(biāo)GB 14287.4-2014,可適用于光伏電站末端、養(yǎng)老院、學(xué)校、商業(yè)建筑、賓館、工廠、庫(kù)房、圖書館、辦公室、家庭住宅、以及娛樂(lè)場(chǎng)所

安科瑞一站式保護(hù)方案

解決方案:設(shè)置電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng),并在末端電箱設(shè)置故障電弧探測(cè)器。

外形

名稱

型號(hào)

描述

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故障電弧集中顯示單元

 AAFD-DU       

 

支持 1路剩余電流,外接漏電互感器

支持 4路溫度,外接溫度傳感器

支持 32路故障電弧,外接故障電弧傳感器

支持 2DI2DO

聲光報(bào)警,LCD點(diǎn)陣液晶顯示

導(dǎo)軌式安裝,4 

●485通訊,可連接電氣火災(zāi)主機(jī)

●1路二總線,連接故障電弧探傳感器

可選配4G上傳功能

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故障電弧

傳感器

AAFD-DU-M7          

與故障電弧集中顯示單元配合使用;

支持穿過(guò)線纜規(guī)格為6mm²

閉口式

系統(tǒng)組網(wǎng)圖如下:

image.png 

故障電弧可以對(duì)接AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理平臺(tái),具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)接收、處理、存儲(chǔ)、訪問(wèn)能力,平臺(tái)融合了電力監(jiān)控、電能統(tǒng)計(jì)、電氣安全等功能,互聯(lián)互通,高效互動(dòng)。

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4 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)光伏電站建設(shè)正在如火如荼地進(jìn)行中,已經(jīng)走進(jìn)千家萬(wàn)戶與老百姓生產(chǎn)生活緊密相連,如何保障光伏電站的“安全性”正在引起全行業(yè)的高度重視。隨著央國(guó)企電力集團(tuán)布局光伏產(chǎn)業(yè),電站運(yùn)行中的安全問(wèn)題更是提高到重中之重的位置。要想有效解決這一問(wèn)題,需要整個(gè)行業(yè)群策群力提出創(chuàng)新性解決方案,并且不斷完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī),并在后續(xù)電站建設(shè)中真正落實(shí)相關(guān)要求。

2022年4月26日,中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第十一次會(huì)議,研究全面加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)問(wèn)題,提出構(gòu)建現(xiàn)代化基礎(chǔ)設(shè)施體系,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、生態(tài)效益、安全效益相統(tǒng)一,服務(wù)國(guó)家重大戰(zhàn)略,支持經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。光伏電站作為重要的能源基礎(chǔ)設(shè)施,安全穩(wěn)定高效運(yùn)行是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要保障。

 

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