并網光伏電站安全質量問題分析

1、并網光伏電站安全質量問題分析1.引言近幾年，我國光伏發(fā)電產業(yè)蓬勃發(fā)展，自2013年7月15日，國務院發(fā)布促進光伏產業(yè)健康發(fā)展的若干意見以來，國家多部門紛紛出臺政策、意見，鼓勵支持光伏發(fā)電項目。在國家政策如此利好的大環(huán)境下，多個省份陸續(xù)出臺各種政策，旨在貫徹落實國務院精神，推動光伏發(fā)電的建設和發(fā)展。從2009年國家推行“金太陽”示范工程，到現(xiàn)如今分布式光伏的大力發(fā)展，昭示著我國正在開啟光伏發(fā)電領域的新紀元。2015年3月9日，國家能源局公布2014年光伏發(fā)電統(tǒng)計信息，報告中提到1，我國2014年新增光伏裝機容量約為10.6 GWp，排名世界第一，約占全球新增裝機容量的1/5。其中，光伏電站8.5

2、5 GWp，分布式光伏2.05 GWp，。截至2014年底，我國光伏發(fā)電累計裝機容量為28.05 GWp，排名世界第二，同比增長60%，其中光伏電站23.38 GWp，分布式光伏4.67 GWp。但是，這個光鮮的光伏電站建設潮下面隱藏的是頻現(xiàn)的電站質量問題。近年來，國內外均陸續(xù)報道了不少光伏電站的安全事故，多為各種原因引起的火災、雷擊、觸電等，其中，比較多的案例是光伏電站起火。2012年7月，位于德國某地的光伏電站起火，起火點發(fā)生在屋頂光伏組件的匯流箱處。2013年8月，天津某生態(tài)城服務中心的屋頂電站項目發(fā)生火災，雖然消防部門初步確認，起火原因為天氣過熱，引發(fā)樓頂防水層和光伏組件自燃，但是，我

3、們更應該從電站本身的建設、管理以及光伏組件的質量問題等方面深究起火的原因。2015年5月，位于美國亞利桑那州的蘋果公司Mesea數(shù)據(jù)中心發(fā)生火災，目前起火原因尚未明確。光伏電站一旦起火，很難撲滅，因此有些電站起火，人們也只能眼睜睜看著電站自己燒完。除起火外，還有報道稱國內電站曾遭遇雷擊，特別在夏季多雷暴區(qū)，光伏電站一旦遭到雷擊，導致設備毀壞，系統(tǒng)無法正常運行，危及周圍人員的人身安全。圖1蘋果公司屋頂光伏電站火災現(xiàn)場32光伏電站安全質量事故與風險光伏電站的質量一般可包括發(fā)電性能和安全性能。發(fā)電性能主要反映在系統(tǒng)效率上，系統(tǒng)效率的高低反映了發(fā)電性能的優(yōu)劣；對安全性能而言，可能出現(xiàn)的問題是雷擊、觸電

4、、起火等。關于發(fā)電性能，目前我國有比較明確的標準規(guī)范，主要有以下兩份：一是國家能源局于2013年11月印發(fā)的光伏發(fā)電運營監(jiān)管暫行辦法5，規(guī)定國務院和能源主管部門及其派出機構按照有關規(guī)定對光伏發(fā)電的電能質量實施監(jiān)管，二是2014年10月發(fā)布的由中國科學院電工研究所光伏技術檢測中心制定的并網光伏電站性能監(jiān)測與質量評估技術規(guī)范（征求意見稿）6，該規(guī)范也是主要圍繞光伏電站的發(fā)電性能展開的。而對于安全性能而言，雖然有很多標準規(guī)范（如GB 50797 光伏發(fā)電站設計規(guī)范）都有涉及電站安全中的一個或幾個部分，但是，沒有一項是專門針對光伏電站安全方面提出的，這也就導致了光伏電站在前期咨詢設計、設備采購、施工建

5、設以及后期運行維護各環(huán)節(jié)均可能出現(xiàn)電站質量問題的重要原因，如若電站發(fā)電性能降低，就會影響電站投資方的收益，而一旦發(fā)生安全事故，則有可能會釀成意想不到的慘劇。因此，我國亟待建立光伏電站安全方面的標準體系。廣東質檢院有專門針對光伏電站開展光伏電站質量安全風險監(jiān)測項目，該項目認為光伏電站常見的安全事故和風險主要包括以下兩點4：（1）接地失效觸電風險，雷擊風險如果光伏方陣沒有可靠接地，可能導致組件邊框帶有高壓，人員或動物靠近時，有觸電的危險。匯流箱和逆變器外殼沒有可靠接地，容易使維護人員帶電操作，有人身安全的風險。另外，位于屋頂?shù)拿娣e巨大的光伏方陣在沒有接地的情況下，雷雨天氣時就成為一個大型引雷場，容

6、易引起雷擊，造成設備損壞甚至組件及線路的燃燒。這就要求光伏電站的防雷接地系統(tǒng)安全可靠、符合國家有關規(guī)定，以盡可能避免相關人員觸電風險和雷擊風險。（2）絕緣失效電氣短路和打弧風險如果光伏方陣邊框和線纜絕緣電阻過低，在長時間的高壓大電流和高溫高濕的使用環(huán)境下，容易造成絕緣層失效，導致電氣短路和打弧。圖2所示為匯流箱被火燒后的情形，可見，匯流箱及內部器件全部損壞，頂部組件也因高溫產生形變。此案例發(fā)生在早上6點左右，事后進行檢查時，發(fā)現(xiàn)原因是由于早上氣溫較低，組件運行在較低氣溫的環(huán)境下時，輸出電壓較大，匯流箱內部平衡器件在高壓的情況下被擊穿，正負極短路，并導致器件通過電流過大，進而引發(fā)火災?？蓮娜缦聨?/p>

7、個方面預防電站出現(xiàn)電氣短路和直流拉?。海?）采購過程中確保設備質量和規(guī)格符合有關規(guī)定；（2）建立電氣連續(xù)性巡檢及維護計劃，確保電氣連接穩(wěn)固可靠；（3）規(guī)范設備檢測技術與流程，確保設備檢測工作有效安全進行；（4）保證光伏電站消防設計符合國家有關規(guī)定。           圖2匯流箱起火3光伏電站安全質量問題案例下面將列舉在設計、采購、施工、運行等各個環(huán)節(jié)可能引發(fā)安全質量問題的案例。光伏電站中發(fā)生的這些安全質量問題，無疑會降低光伏電站的安全性能。3.1方陣場存在的安全質量問題圖3至圖10展示的是光伏方陣場可能存在的安全質量問題。其中，圖3

8、、圖4所示為組件被局部遮擋，圖5展示的是組件被踩踏，這三種情況均可能導致組件產生熱斑效應，嚴重情況下會引起組件背板燒穿（如圖6所示），進而引發(fā)火災。圖7展示的是光伏組件表面大量積灰，這是由于未進行有效的運維，導致灰塵大量堆積，將嚴重影響電站的發(fā)電性能；圖8同樣展示的是組件表面被灰塵等物質覆蓋，但該現(xiàn)象是由于方陣場受周圍排出物污染。圖9所示的陣列中組件的連接線未收到組件下，暴曬條件下會導致連接線老化加速；圖10所示為組件無邊框導致進水，且組件的無邊框設計未通過相應認證。這兩種情況均會降低組件的絕緣等級。圖3 方陣之間陰影遮擋 圖4 方陣被植被遮擋圖5 組件被踩踏7 圖6 組件表面嚴重污染圖7光伏

9、組件受周圍環(huán)境影響                圖8光伏組件受周圍環(huán)境影響                                          圖9線纜未收到組件下（易暴曬老化）7              圖10組件進水7

10、  3.2匯流箱可能存在的安全質量問題  圖11匯流盒密封不良4                  圖12 匯流箱未封防火泥 圖11和圖12展示的是匯流箱密封不良，密封不良會增加匯流箱進水的風險，而匯流箱進水容易導致絕緣等級降低，同時發(fā)生正負極短路的危險。進水現(xiàn)象除與匯流箱本身密封不良有關外，安裝方式也會在一定程度上造成影響。圖13的3張圖展示了光伏電站中出現(xiàn)過的匯流箱的三種安裝方式，顯而易見，直接平放在屋面的安裝方式會增加匯流箱進水的風險。（a）中的光伏

11、電站將匯流盒與屋頂完全平行安裝，角度大約5°，接近水平，且部分匯流盒由于屋頂朝向的原因，進線口朝上或朝下安裝均存在，進線口朝上的匯流盒則更容易在大雨天氣進水；（b）中所示是一般屋頂電站中通常采用的安裝方式；（c）中的集中式匯流箱傾斜大約45°安裝，相比水平安裝的匯流箱可在一定程度上降低進水的風險，但風險仍然存在。（a）水平安裝      （b）垂直安裝                           &

12、#160;                                                                           （c）傾斜安裝圖13 匯流箱的安裝方式4目前的光伏電站中，匯流箱還存在

13、以下安全質量問題，如圖14至圖18所示。需要特別說明的是圖16所示案例，匯流箱內的接線未區(qū)分正負極，這將給電站檢測、運維等帶來不便，同時增加了檢修人員觸電的危險。                                                     圖14匯流箱端子安裝不牢固7     &#

14、160;                    圖15匯流箱端子虛接7 圖16匯流箱未分正負極圖7                圖17匯流箱線未走線槽7                                  

15、60;                                                             圖18匯流箱走線混亂8值得注意的是，通過對多個光伏電站進行絕緣測試和電氣檢查發(fā)現(xiàn)，有些電站均存在絕緣風險（如圖11和圖12所示電站），但其絕緣電阻測試值均符合要求，說明僅靠

16、測試值不能完全反應電站的安全性，長期運行風險仍然比較大。因此，需結合絕緣測試和電氣檢查，對電站進行全面考察，進而判斷電站的安全性。3.3防雷接地系統(tǒng)可能存在的安全質量問題防雷接地系統(tǒng)的存在，就是采取有效措施，防止直擊雷、感應雷、雷電波對光伏電站的破壞，保證光伏電站長期穩(wěn)定、安全、可靠的運行。光伏電站防雷接地系統(tǒng)的可靠性將直接關系到電站是否存在遭雷擊的風險。下面列舉了防雷接地系統(tǒng)中存在的比較典型的安全質量問題的案例。（1）防雷接地材料銹蝕圖19展示的是匯流槽的接地線老化嚴重，已不具備連接作用。圖20展示的是接地線的螺絲生銹，連接處可能存在虛接現(xiàn)象，導致接地失效。   

17、0;                                                        圖19匯流槽接線老化嚴重                          

18、;       圖20接地線螺絲生銹7（2）防雷接地系統(tǒng)設計存在問題目前，國內對光伏電站的防雷接地措施尚無明確的設計要求，特別是無標準規(guī)定光伏電站的防雷接地是否必須采用獨立接地的方式。為降低成本，國內已建設的分布式光伏電站僅有少數(shù)進行了獨立接地，其余大部分與建筑物共用防雷接地系統(tǒng)。共用防雷接地系統(tǒng)的項目中，一部分將組件邊框與支架連接，再與屋頂原有的接地系統(tǒng)連通（圖21），這樣光伏組件本身作為防雷的接閃器，圓鋼/扁鋼為引下線，一般認為只要各部分電氣連接良好，也可達到較好的防雷接地效果；而另一部分彩鋼瓦屋頂電站則本身沒有引下線，光伏系統(tǒng)也不額外安裝引下線，直接用壓具將

19、組件邊框與彩鋼瓦固定，從而與金屬屋面連通（圖22），這種安裝方式極易受壓具與彩鋼瓦屋頂接觸質量的影響，導致接地連續(xù)性電阻值偏高4。                                                      圖21組件與屋頂共用防雷接地系統(tǒng)7        

20、      圖22組件邊框直接與彩鋼瓦固定7（3）防雷接地系統(tǒng)存在的其他問題防雷接地系統(tǒng)中還有可能存在以下安全問題，圖23展示的是接地扁鐵未涂黃綠漆，甚至部分電站竣工后，仍然出現(xiàn)防雷接地裝置尚未完成的現(xiàn)象（如圖24所示），這是由于建設為了趕工期，以便盡早拿到補貼，從而忽視了電站安全問題。                                        &

21、#160;                 圖23接地扁鐵未涂黃綠油漆7                   圖24接地系統(tǒng)未完成73.4其他安全質量問題下面列舉一些其他安全質量問題，圖25所示的案例會降低系統(tǒng)的絕緣性，容易出現(xiàn)漏電的危險。圖（a）所示為電纜被螺絲刺破；圖（b）所示為管道邊緣的電纜未實行保護措施，電纜與管道摩擦易破損，影響絕緣性；圖（c）所示為電纜溝內有水，光伏電纜進水，這無疑會降低電纜的絕緣等級。 

22、   （a）7                                                     （b）