Page 85 - 电力与能源2024年第六期

薛 冰，等：光伏组件接地故障定位检测技术 721

光伏组件接地报警系统，以实现接地故障的及时 测到。这是因为两个故障同时出现会导致直流系
报警和定位。本文研发出全新交直流通用的零序 统短路，正极故障处存在相对地面的正电势，负极
漏电流互感器，以及就地报警装置，可在光伏组件 故障处存在相对地面的负电势。无论人员触碰到
接地时及时报警，便于及时发现并处理故障隐患。 哪一端，都存在被电击的危险。即便是一直被认
1.2 光伏组件接地与逆变器电路结构 为安全性较高的隔离型逆变器，在面对第二故障
大部分光伏逆变器均为非隔离型，具有较高 时也面临严峻挑战。接地故障对于非隔离型逆变
的效率。对于非隔离型逆变器，光伏系统的正极 器的电能质量也有一定影响，存在直流电直接注
或者负极与 AC 通路相连 。如果边框没有接地， 入电网的风险，这将直接影响用户端变压器的性
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在阵列出现故障时，组件边框就可能带电，而逆变 能和寿命。
器可能无法识别或者报错此类故障。出于安全考 绝大多数的逆变器在工作过程中，当 H 桥进
虑，一般均要求光伏组件边框直接接地。
行逆变时，直流端输入口的正极和负极会轮流与
光伏组件接地后会与交流电网形成短路，通
交流输出端的火线和零线接通。当直流系统的负
路如图 1 所示。当系统出现接地故障时，会通过
极接通火线，而正极接通零线时，由于系统的负极
光伏逆变器形成半周波短路，短路电流会熔断保
是被功能性接地的，而零线在交流 MEN 端也是接
险丝，进而使得交流侧开路。
地的，光伏系统就会注入一定量的直流电进入电
网，注入量取决于系统规模、绝缘栅双极晶体管

（IGBT）开关控制时间以及回路距离。此外，非隔
离型逆变器在探测接地故障方面存在明显不足，
目前较先进的技术也只能探测到第一故障，并且
还存在约 10% 的报错概率，而功能性接地实际上
相当于人为制造了一个第一故障。若随后发生第

图 1 光伏组件接地后与交流电网形成短路通路 二故障，逆变器将无法作出正确的判断，从而可能
1.3 光伏组件接地危害 引发一系列安全隐患。
（1）火灾隐患。在包含多个并联组串的光伏
2 光伏组件接地检测装置设计
系统中，若其中一个组串出现接地故障，此时其他
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组串的电流会因电势差注入故障组串 。当从其 2.1 检测设计思路
他组串注入的电流超过最大值时，组件的半导体 光伏电池需要多个串联运行，若单个组件性

结构就可能被破坏，变为一个相当大阻值的发热 能不佳或漏电，将会对整个组串的发电量产生很
器。随着时间的推移，热量积累到一定程度，组件 大影响，尤其是漏电，很容易引发光伏逆变器故障
就存在着很高的自燃风险。 甚至烧毁。由于光伏组件全部串联连接，隔离检
（2）电弧危害。交流电在漏电时经常会产生 测十分困难，传统绝缘表摇测绝缘的方法在此情
电火花，而直流电却会形成电弧。直流电流会在 景下显得力不从心，特别是在运行状态下，难以准
接地故障处形成类似“藕断丝连”的电弧路径，同 确识别哪些光伏组件存在接地漏电问题。本文通
时由于存在绝缘故障，电流流通不流畅，电能会堆 过弱电流零磁通钳形互感器钳夹光伏板的正负

积在被破坏的接口处，因此会持续地产生电火花 极，如有不平衡电流则判断存在接地或绝缘异常，
并且释放热能 。这种情况通常会导致故障接口 如无电流则为正常。常规钳形互感器或钳表对此
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处的电缆烧断，从而造成火灾隐患。 类弱电流检测效果不佳，且易受外部干扰，无法同
（3）人身安全危害。如果系统先后于正极和 时测量交直流混合信号，给接地判别带来困难。
负极发生第一故障和第二故障，逆变器将无法探 本文采用独特的合金材料电磁场双屏蔽钳形互感