一种高效处理组串至汇流箱电缆故障的方法

p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 nbsp;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 nbsp;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./p