淺談光伏電站設備的可靠性
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摘要：基于統(tǒng)計冀北區(qū)域多個光伏發(fā)電站的組件、匯流箱、直流柜、逆變器、高壓柜、SVG等設備運行的情況，分析不同廠家、不同系統(tǒng)的設備故障、發(fā)電量、運行可靠性等技術指標的對比數(shù)據(jù)。
關鍵詞：光伏發(fā)電站；匯流箱；直流柜；逆變器；運行可靠性
1光伏發(fā)電設備的可靠性
1.1組件
從收集的各光伏電站故障數(shù)據(jù)分析來看，組件易出現(xiàn)的絕大多數(shù)故障為斷線、虛接類故障，極少數(shù)為接線盒燒毀、防反二極管損壞、玻璃碎裂等故障。每年因組串斷線、虛接類故障而影響發(fā)電容量最高可達5.3%，最低達1.8%。斷線、虛接類故障大多數(shù)（90%以上）出現(xiàn)在組件插頭與電纜的連接處，主要受施工工藝不良影響導致連接不緊實、絕緣受損、MC4虛接等問題，最后演化成故障。另外，經(jīng)常出現(xiàn)的異常情況還有組件間互相遮擋，組件受遮擋影響導致的功率及壽命損失相對較大，應高度重視，及時消除各類遮擋物。反饋：（1）與組件連接的電纜宜選用軟銅線電纜，不宜選用硬銅線電纜，以便連接緊實。（使用軟銅線連接的光伏電站，組件斷線、虛接燒損的故障發(fā)生率低于使用硬銅線連接的光伏電站，前者約為后者數(shù)量的一半）（2）減少MC4插頭環(huán)節(jié)的使用，改為與電纜直連的方式或使用防水接線端子盒方式，MC4插頭應盡量選用組件廠家原廠產(chǎn)品。
1.2匯流箱
從收集的數(shù)據(jù)分析來看，匯流箱出現(xiàn)的故障多數(shù)為通信故障、保險損壞等類型，少數(shù)類型為防雷器、斷路器故障，匯流箱總體故障發(fā)生率不高，對發(fā)電系統(tǒng)的影響較低。保險損壞故障原因較多，主要可歸為接觸不良燒損、組件短路熔斷、保險質(zhì)量問題三類。目前各電站暫無徹底解決保險燒壞問題的方法，日常維護工作中應及時發(fā)現(xiàn)，及時更換。如果因保險自身問題頻繁燒壞，可以嘗試去掉保險環(huán)節(jié)。另外，數(shù)據(jù)顯示匯流箱通信故障發(fā)生率較高，主要集中在夏季。通信故障原因主要為雷電波導致的電源模塊、測控模塊、串口板等硬件損壞，問題處理較為費事費力。隨著設備廠家對產(chǎn)品的不斷升級，抗雷電感應能力不斷提升，匯流箱通信的穩(wěn)定性也不斷得到提升。反饋：（1）對雷電發(fā)生率較高的區(qū)域，應重視匯流箱及通信設備的防雷措施，應選用防雷特性好的匯流箱及通信設備廠家。（2）對老舊的匯流箱設備，通過在匯流箱側及串口側加裝防雷模塊可以有效防止雷電感應導致的設備頻繁損毀，增強通信穩(wěn)定性。（3）匯流箱應充分保證匯流功能，其他保護、通信、監(jiān)測等功能應盡可能減少，以增強匯流箱的耐用性。
1.3直流柜
從收集的數(shù)據(jù)分析來看，各廠家及不同類型的直流柜故障數(shù)量均較低，每年故障發(fā)生數(shù)量在個位數(shù)內(nèi)，整體運行較穩(wěn)定。直流柜發(fā)生故障頻率最高的是防反二極管過熱故障，原因多為二極管散熱不良，性能降低，電阻升高，長期如此最終成為不可逆的高電阻，導致過熱燒壞。反饋：（1）直流柜防反二極管應選擇散熱好、性能好的大廠家設備。（2）頻繁發(fā)生防反二極管過熱故障的，應考慮去掉防反二極管環(huán)節(jié)。
1.4逆變器
從收集的數(shù)據(jù)分析來看，市場上主流逆變器廠家陽光電源、上能電氣、特變電工、華為等在冀北地區(qū)各光伏電站均有應用，不同類型的逆變器，如集中式、組串式、模塊化等也有較廣泛的應用。其中上能電氣艾默生SSL0500B型模塊化逆變器故障發(fā)生率最高，且故障處理成本高，應減少在環(huán)境惡劣及大容量光伏發(fā)電項目中的應用。陽光電源SG500MX型集中式逆變器故障發(fā)生率次之，故障類型多為接觸器故障，其中LS公司生產(chǎn)的同批次接觸器出現(xiàn)了共性問題，經(jīng)廠家檢測確認后可進行免費更換。西安特變電工TBEA-GC-500KTL型集裝箱式逆變器故障發(fā)生率最低，運行穩(wěn)定。華為SUN2000-36KTL組串式逆變器故障發(fā)生率也相對較低，運行較為穩(wěn)定。
2升壓站設備可靠性
2.1箱式變壓器
從收集的數(shù)據(jù)分析來看，各廠家及各類型箱變整體運行都比較穩(wěn)定，偶爾出現(xiàn)分接開關滲漏油等故障。在春季高負荷、冬季溫度低等特殊時期應重點加以關注，應加強巡檢，及時發(fā)現(xiàn)，及時處理，防止出現(xiàn)長期漏油導致變壓器燒壞的問題。
2.2集電線路
從收集的數(shù)據(jù)分析來看，集電線路選擇直埋電纜的方式運行穩(wěn)定性要高于架空線路。集電線路故障發(fā)生率整體較低，主要故障類型為電纜頭絕緣故障、銅鋁線夾斷裂等。電纜頭絕緣故障的原因主要是施工工藝不良、電纜頭做法錯誤、電纜頭受潮等，電纜頭受潮放電是產(chǎn)生絕緣擊穿的誘因。通過在箱變內(nèi)部增加除濕裝置及使用有經(jīng)驗、口碑好的公司來制作電纜頭，可有效增強電纜頭運行的穩(wěn)定性。架空線路發(fā)生故障類型最多的是銅鋁線夾斷裂故障，預防銅鋁線夾斷裂故障時，應使用增強型銅鋁線夾，并增加固定螺栓排數(shù)，在設計時應加以重視和改進。
2.3高壓開關
從收集的數(shù)據(jù)分析來看，各廠家及各類型高壓開關故障發(fā)生率均較低，運行比較平穩(wěn)。出現(xiàn)的主要故障類型是開關柜內(nèi)臟污受潮，產(chǎn)生了放電現(xiàn)象。日常維護應保持配電室衛(wèi)生干燥，結合預防性試驗定期對套管、母線等進行清掃。
2.4靜止無功發(fā)生器SVG設備
從收集的數(shù)據(jù)分析來看，靜止無功發(fā)生器（StaticVarGenerator，SVG）設備出現(xiàn)故障的情況時有發(fā)生。冀北電網(wǎng)對SVG設備運行管理非常嚴格，SVG停運時要求陪停相應容量的發(fā)電單元，因此應高度重視SVG設備的運行情況。綜合各電站、各廠家SVG設備運行情況，其中上海思源電氣生產(chǎn)的SVG運行穩(wěn)定性最好，且具有冗余性，發(fā)生故障時，可以旁路運行，能及時避免光伏單元陪停。南京南瑞、特變電工生產(chǎn)的SVG運行穩(wěn)定性相對較差，不具備冗余性。各廠家SVG發(fā)生故障最多的類型是功率模塊故障，因此應及時采購配套的功率模塊作為備件，以便出現(xiàn)故障時及時處置。反饋：（1）采購階段，應優(yōu)先采購具備冗余性的SVG，在某一功率模塊故障時，可以及時旁路運行，增強設備可靠性。（2）場站應及時采購一臺配套的功率模塊作為備件，以便在出現(xiàn)故障時及時處置，防止陪停棄光。
2.5自動化保護設備
從收集的數(shù)據(jù)分析來看，各光伏電站保護自動化設備整體運行比較平穩(wěn)。其中南京南瑞保護設備應用最多，且較少發(fā)生故障及保護誤動情況。自動化設備故障數(shù)量較少，但設備改造普遍較多，主要是按冀北電網(wǎng)電力監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡安全要求進行的改造升級，包含非國產(chǎn)設備的改造、計算機信息化系統(tǒng)的改造、非法訪問的改造、光功率改造、安防設備改造等。
3結語
隨著光伏發(fā)電電價補貼的逐步下降，光伏發(fā)電上網(wǎng)價格趨于平價，光伏發(fā)電企業(yè)生存經(jīng)營的壓力不斷增大。如何做好光伏存量資產(chǎn)的經(jīng)營管理及新項目的效益擴展更顯得更加重要[1-8]。本文從不同電站收集的數(shù)據(jù)整理分析得出的一些結論及經(jīng)驗反饋，可以為存量光伏電站的檢修維護管理以及新增光伏項目實現(xiàn)投資效益最大化提供較好的借鑒。
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作者：高新杰 單位：國家電投河北電力有限公司承德分公司