太陽能電站直流柜回路的監(jiān)控設計改進分析

摘要：光伏發(fā)電可以減緩能源危機問題，實現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展，但光伏電站也存有一些問題，由于光伏電站多建設在偏遠地區(qū)，氣候環(huán)境及地理環(huán)境都很差，很難運用傳統(tǒng)值班人員監(jiān)控電站方式來管理電站，電站蓄電池也容易出現(xiàn)故障，需要管理蓄電池的運行。所以，電站監(jiān)控系統(tǒng)建設工作十分重要，它能夠提升電站運行可靠性。本文主要以某大型光伏發(fā)電站直流配電柜的實際使用為例，分析了該電站運用過程中出現(xiàn)的問題及存有的安全隱患，進而提出改進該直流配電柜進線的方案和直流柜操作注意事項、光伏直流柜監(jiān)控裝置的總體設計。

關鍵詞：太陽能電站;直流柜回路;監(jiān)控設計

1引言

隨著人們對環(huán)境保護工作的重視不斷提高，太陽能被人們所關注，太陽能和其他可再生能源不同，它具有很多突出優(yōu)點，它保護環(huán)境、能源豐富、就地取材。目前，太陽能技術運用的十分廣泛，特別是以電池技術為基礎的光伏技術，已經(jīng)成為太陽能運用領域最重要的技術。光伏電站的電池組件把照到其上面的太陽能利用光伏效應進行轉換，并聚集成直流電，再由逆變器將直流電轉為交流電，最后運用升壓變壓器轉為滿足公共電網(wǎng)要求的交流電。本文針對某大型光伏發(fā)電站直流配電柜在使用過程中容易出現(xiàn)的問題，提出了一種直流柜電纜接線方案，能夠排除直流配電柜安全隱患，提升直流柜運行可靠性。

2太陽能發(fā)電站的直流柜

某太陽能發(fā)電站為減少直流電電纜數(shù)量，提升發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電效率，和可靠性，在光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變器和光伏組件間設置了直流匯流裝置，具體有直流配電柜與匯流箱，直流配電柜主要進行二次匯流，匯流箱做一次匯流。該光伏電站直流配電柜的生產廠家在設計配電柜時，按照匯流箱負極正極依次接入直流柜接線端子方式進線，這種接線方法方便匯流箱和接線端子相對應，也容易整齊的排列，但會忽視線路里負極和正極間有密切接觸現(xiàn)象，電站在投入使用不久后，出現(xiàn)了負極、正極短路事故。

3直流柜常用的進線方式和隱患

該太陽能光伏發(fā)電站里，直流配電柜由電流表、二極管、斷路器、接線端子、光伏防雷器組成。該大型光伏電站的直流配電柜接線如圖1所示，各匯流箱的負極和正極依次交替和直流柜接線端子相連接，接線端子載流量滿足電站現(xiàn)場施工安裝要求。負極、正極交替接入直流柜的接法十分簡單，方面電纜和總線一一對應，檢測設備過程中也沒有出現(xiàn)問題，但該接法導致了負極與正極相互間出現(xiàn)緊密接觸，致使電站在投入使用過程中受外界因素影響作用下出現(xiàn)了短路事故。光伏電站停止運行進行檢修工作中，就出現(xiàn)了直流配電柜被燒毀事故。電站停止運行后，電站一直保持脫網(wǎng)狀態(tài)，直流柜的各路斷路器均斷開，僅有部分匯流箱里的斷路器是閉合狀態(tài)，匯流箱和直流柜接線端子相連接著，直流負極電纜和正極電纜間電壓是720V，電纜均沒有受潮或破損。電站停運后，直流側一直保持開路狀態(tài)，直流側的電壓范圍很大，受某個因素影響作用直流負極和直流正極拉弧產生概率迅速增大，直流負極和直流正極拉弧發(fā)生擊穿影響到了負極回路與正極回路，導致?lián)舸龤КF(xiàn)象出現(xiàn)，并發(fā)生一系列連鎖反應，致使整個直流配低柜被全部燒毀。交流電弧和直流電弧不同，交流電弧過零點，直流電弧不會過零點。因為直流電弧不會過零點，所以，電弧不容易被熄滅，相反，熄滅直流電弧非常困難。由此可見，設計直流配電柜系統(tǒng)中，負極和正極交替與端子相連的方式并非最佳方案，要不斷改進方案設計。

圖1" 某光伏電站直流配電柜的進線接線

4改進直流配電柜進線的方案

該光伏電站發(fā)生直流配電柜燒毀事故以后，經(jīng)過詳細分析，有關人員提出了改進進線方式方案，把原來直流柜里的負極和正極交替接線改為負極與正極分開進線安裝和接線。先集中各個匯流箱的所有負極與正極，并把它們分別裝在直流配電柜的左側和右側，配電柜左側和右側保持一定距離，且使用絕緣板做隔離。進而有效防止直流柜負極與正極出現(xiàn)拉弧問題。對改裝以后的直流柜接線，可以運用接線銅排與端子兩種材料來安裝，圖2和圖3分別為直流柜進線安裝端子接線改進方案與直流柜進線安裝銅排接線改進方案。

圖2 直流柜進線安裝端子接線改進方案

圖3 直流柜進線安裝銅排接線改進方案

銅排安裝和端子安裝原理基本相同，不同的是它們各有其特長，表1為接線端子與銅排兩種材料的運用對比。

表1 接線端子與銅排兩種材料的運用對比

5直流柜操作注意事項

5.1保證進出線方式正確

大型光伏電站里，直流配電柜通常要裝在逆變器室內。光伏電站直流側的電纜非常多，逆變器室要設有專門的電纜溝道供電纜鋪設，電纜需要經(jīng)過逆變器室的電纜溝道再和直流配電柜相連。與此同時，直流配電柜的輸出端也要利用電纜和逆變器相連。所以，大型光伏電站的直流配電柜要運用從下方進再從下方出的方式進行接線，這種接線方式也具有較高科學性。

5.2注意直流電柜的降溫、排風和防潮

通常情況下，大型光伏電站的直流側電流都非常大，為了加強電流柜的散熱與通風，要在直流柜里裝設排風扇。我國很多光伏電站都建在太陽能資源較好的地區(qū)，例如：大西北地區(qū)，大西北地區(qū)冬季溫差較大，夜里氣溫較低，光伏電站的電氣設備都會處在停止運行狀態(tài)，一定要采取有效的防凝露措施。

5.3直流柜接入電纜安裝要十分牢靠

太陽能電站的光伏電纜要具有較強抗紫外線能力，較好的耐腐蝕性和導電效率。目前，市場上的光伏電纜多數(shù)是銅芯電纜，銅線電纜的絕緣層比普通電纜的鋪設工藝要復雜。所以，設計大型光伏電站的直流柜輸入端時要全面考慮電纜牢固安裝要求，注意電纜的固定工作，防止電纜懸于電流柜輸入側。如果電纜連接處長時期受某種外力作用，很容易產生連接不牢固現(xiàn)象，導致電纜連接段的絕緣層被破壞，給直流柜使用留下安全隱患。

6光伏直流柜監(jiān)控裝置的總體設計

因為太陽能光伏系統(tǒng)多數(shù)運用中性點不接地配電方式，按照IEC標準，光伏系統(tǒng)里要安裝具有較高可靠性的絕緣監(jiān)測裝置，進而監(jiān)測光伏發(fā)電系統(tǒng)正常工作，同時，盡快加快故障消除速度。性能良好的監(jiān)測裝置既要可以預防絕緣故障，還要能隨時發(fā)送其測量數(shù)據(jù)，當絕緣阻值比預設值小時，能夠發(fā)出警告信號。絕緣監(jiān)測裝置需要把系統(tǒng)絕緣阻值傳送至上位機，進而方面預防故障與維護系統(tǒng)。監(jiān)控裝置監(jiān)控模塊所測得的電流值，當設定安全值大于絕緣阻抗時，監(jiān)控裝置要能夠自動報警，并提示故障信息，故障嚴重時可以直接傳送跳閘信號，使斷路器立即工作，并保存告警信息與故障信息，方便后續(xù)的故障查詢與排除。發(fā)電站監(jiān)控系統(tǒng)主要含有遠程工控計算機與實時監(jiān)控單元兩部分。實時監(jiān)控單元就是光伏電流的監(jiān)控裝置，監(jiān)控裝置是為了實現(xiàn)本地監(jiān)控電站的直流信號，儲存信息并利用遠程通信接口把信息傳給制定計算機。作為一個監(jiān)控裝置，必須具有全面完整的功能，不僅要具有較高可靠性，還要能夠和各種現(xiàn)場總線相互兼容，并快速傳送現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)信息。

7結束語

盡管我國在太陽能電站直流監(jiān)控裝置設計方面已經(jīng)取得了一定進步，但監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設計和軟件設計還不完善，有許多工作要做。光伏電流監(jiān)控裝置設計很多內容，對專業(yè)知識要求非常高，設計監(jiān)控裝置時難免存有不足，設計人員需要不斷加強理論知識學習，并注意多動手實踐，不斷改進監(jiān)控裝置設計方案。

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