【節(jié)能學(xué)院】淺談《分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)電氣安全技術(shù)規(guī)范》

摘要：

近日，北京發(fā)布地方標(biāo)準(zhǔn)《分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)電氣安全技術(shù)規(guī)范》（文末附）征求意見稿，規(guī)定了10kV及以下并網(wǎng)電壓等級，單個并網(wǎng)點(diǎn)總裝機(jī)容量不超過6MW的分布式光伏電站的電氣安全規(guī)范。

光伏電站安全

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2021年6月11日，蘇州寶時得屋頂光伏發(fā)生火災(zāi)，損失慘重。同一天內(nèi)，美國亞馬遜發(fā)生一起由屋頂上的光伏電站引起的火災(zāi)事故，該場大火造成了約50萬美元的損失，這已經(jīng)是亞馬遜發(fā)生的第二起屋頂光伏火災(zāi)。

分布式光伏市場加速推進(jìn)和釋放的同時，電站質(zhì)量與安全問題也日漸凸顯，其嚴(yán)重影響終端投資者的收益，甚至威脅終端用戶的生命和財(cái)產(chǎn)安全。分布式電站質(zhì)量與安全問題不解決，也必然嚴(yán)重影響光伏在老百姓心中的口碑和聲譽(yù)，同時也關(guān)乎整個光伏產(chǎn)業(yè)未來的可持續(xù)發(fā)展。

《規(guī)范》規(guī)定了光伏組件，匯流箱，變壓器，并網(wǎng)柜等光伏發(fā)電各環(huán)節(jié)的防雷性能，絕緣性能等。按照規(guī)范，可有效解決光伏電站安全運(yùn)行等問題，而在光伏電站的運(yùn)維層面，依然面臨不少困局，比如電站運(yùn)維人員水平參差不齊、電站運(yùn)營效率低、備品備件問題、電站清洗問題、業(yè)主需要第三方單項(xiàng)服務(wù)等。

分布式光伏運(yùn)維平臺

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針對光伏電站的運(yùn)維難，分布廣等問題，安科瑞推出了分布式光伏運(yùn)維平臺。

光伏電站二次設(shè)備選型

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附：《分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)電氣安全技術(shù)規(guī)范》第七節(jié)

電氣安全設(shè)計(jì)

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設(shè)備部件

（1）光伏組件

光伏組件應(yīng)無外觀缺陷，組件的可觸及性、抗劃傷性、等電位連接連續(xù)性、脈沖耐受電壓、絕緣耐受電壓、濕漏電流和引出端強(qiáng)度應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

組件防反二極管的額定電壓應(yīng)至少為系統(tǒng)電壓的2倍，額定電流至少為組件短路電流的1.4倍。

（2）直流匯流箱

直流匯流箱應(yīng)滿足GB/T 34933和GB/T 34936的要求。

直流匯流箱中直流開關(guān)應(yīng)為光伏專用直流開關(guān)。

直流匯流箱宜具備電弧檢測及關(guān)斷功能。

光伏匯流箱

光伏匯流采集裝置

霍爾元件

（3）光伏逆變器

逆變器應(yīng)滿足GB/T 37408或NB/T 32004的要求，微型逆變器應(yīng)滿足NB/T 42142的要求。

逆變器應(yīng)具備限功率功能，高容配比條件時，逆變器應(yīng)自動限流工作在允許的交流輸出功率處。

逆變器宜具備光伏組串IV掃描與智能診斷、電弧檢測及關(guān)斷、智能溫控、故障錄波等先進(jìn)技術(shù)功能。

（4）交流匯流設(shè)備

交流匯流設(shè)備應(yīng)滿足GB 7251.1的要求。

交流匯流設(shè)備的防護(hù)等級、電擊防護(hù)、介電性能、短路保護(hù)和短路耐受強(qiáng)度應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

多回路交流儀表測量

（5）變壓器

光伏系統(tǒng)升壓站主變壓器和光伏方陣內(nèi)就地升壓變壓器應(yīng)滿足GB 50797的要求。

變壓器保護(hù)

（6）并網(wǎng)/配電裝置

分布式光伏低壓并網(wǎng)用并網(wǎng)裝置應(yīng)滿足NB/T 10204的要求。

分布式光伏高壓并網(wǎng)用配電裝置應(yīng)滿足DL/T 5352的要求。

（7）光伏直流連接器

光伏直流連接器應(yīng)滿足GB/T 33765或等同標(biāo)準(zhǔn)的要求。

光伏直流連接器的防觸電保護(hù)、IP防護(hù)等級、絕緣和耐壓性能應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

配對使用的連接器應(yīng)是同廠家同型號，連接器中鐵芯應(yīng)壓接到位，配對連接器應(yīng)卡扣到位。

（8）電涌保護(hù)器

直流側(cè)電涌保護(hù)器應(yīng)根據(jù)GB/T 18802.32選擇，并滿足GB/T 18802.31或等同標(biāo)準(zhǔn)的要求。

交流側(cè)電涌保護(hù)器應(yīng)根據(jù)GB/T 18802.12選擇，并滿足GB/T 18802.11或等同標(biāo)準(zhǔn)的要求。

直流電涌保護(hù)

（9）光伏電纜

光伏電纜應(yīng)滿足NB/T 42073、GB 50217或等同標(biāo)準(zhǔn)的要求。

電纜選擇應(yīng)綜合考慮載流量、熱穩(wěn)定、電壓降、絕緣耐壓、保護(hù)配合等因素。

光伏組串、光伏子方陣和光伏方陣的電纜規(guī)格應(yīng)根據(jù)相應(yīng)線路的短路電流、電纜的最小載流量以及電纜的損耗壓降值來確定。

注：光伏電纜包括光伏直流側(cè)組件與組件間的串聯(lián)電纜、組串之間及組串至直流匯流箱間的并聯(lián)電纜和直流匯流箱至逆變器間的電纜。逆變器與輸電網(wǎng)間連接用的交流電纜也可參照執(zhí)行。

（10）接地連接導(dǎo)體

組件邊框之間的跨接線宜選用不小于BVR 1×4mm2的黃綠線。

組件金屬邊框和引下導(dǎo)體之間的連接線宜選用不小于BVR 1×6mm2的黃綠線。

支架至地面的引下導(dǎo)體宜選用40mm×4mm的熱鍍鋅扁鋼或直徑12mm的圓鋼或截面積16mm2以上的銅導(dǎo)線或其他等效的導(dǎo)體。

其他類接地的導(dǎo)體，應(yīng)采用截面積不小于6mm2的銅或其他等效導(dǎo)體。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）系統(tǒng)對地關(guān)系

當(dāng)光伏系統(tǒng)交直流側(cè)隔離時，光伏方陣中正極或負(fù)極可進(jìn)行功能接地。

當(dāng)光伏系統(tǒng)交直流不隔離時，光伏方陣中正負(fù)極不允許功能接地，若需接地則應(yīng)通過逆變器內(nèi)部的固定連接經(jīng)由中性導(dǎo)體將光伏方陣的正極或負(fù)極導(dǎo)體進(jìn)行接地。

（2）交直流側(cè)隔離

當(dāng)選用晶硅組件時，組件不需功能接地，所以交直流側(cè)隔離情況可根據(jù)設(shè)計(jì)或設(shè)備情況自定。

當(dāng)選用薄膜組件時，組件需功能性接地，所以交直流側(cè)應(yīng)隔離；可通過隔離型逆變器或外部變壓器提供隔離，由外部變壓器提供隔離時，應(yīng)保證沒有其他設(shè)備和逆變器連接到同一線圈。

（3）交直流側(cè)電擊防護(hù)

直流側(cè)電擊防護(hù)，應(yīng)至少滿足以下一項(xiàng)要求：

a)帶電部分與大地之間采用滿足GB/T 16895.21-2020條款412要求雙重或加強(qiáng)絕緣，且組件、接線盒、連接器、電纜等逆變器直流端口之前的設(shè)備應(yīng)滿足Ⅱ級或等效絕緣。

b)采用滿足GB/T 16895.21-2020條款414的要求的安全特低電壓電路。

交流側(cè)電擊防護(hù)，應(yīng)滿足以下要求：

a)帶電部分與大地之間應(yīng)采用基本絕緣防護(hù)措施。

b)采用保護(hù)等電位連接并且在故障的情況下采用滿足GB/T 16895.21-2020條款411要求的自動切斷電源防護(hù)的防護(hù)措施。

（4）交直流側(cè)過電流保護(hù)

直流側(cè)過電流保護(hù)

光伏組串過電流保護(hù)：當(dāng)兩個以上的光伏組串連接到同一路MPPT時，每一光伏組串都應(yīng)裝有過電流保護(hù)裝置，過電流保護(hù)裝置的標(biāo)稱額定電流In應(yīng)滿足式（1）和（2）的要求：

1.5×ISC_MOD＜In＜2.4×ISC_MOD ………………………（1）

In≤IMOD_MAX_OCPR ………………………（2）

光伏子方陣過電流保護(hù)：當(dāng)兩個以上的光伏子方陣連接到同一逆變器時，應(yīng)為光伏子方陣提供過電流保護(hù)，過電流保護(hù)裝置的標(biāo)稱額定電流值In應(yīng)滿足式（3）的要求：

1.25×ISC S-ARRAY＜In≤2.4×ISC S-ARRAY ………………………（3）

式中，ISC S-ARRAY = ISC MOD×NSA ………………………（4）

光伏方陣過電流保護(hù)：對于在故障條件下可能會有來自其他電源的電流注入光伏方陣時，應(yīng)提供光伏方陣過電流保護(hù)。光伏方陣過電流保護(hù)裝置額定電流In應(yīng)滿足式（5）的要求：

1.25×ISC ARRAY＜In≤2.4×ISC ARRAY ………………………（5）

式中，ISC ARRAY = ISC MOD×NA ………………………（6）

交流側(cè)過電流保護(hù)

系統(tǒng)應(yīng)裝設(shè)短路保護(hù)和過負(fù)荷保護(hù)，裝設(shè)的上下級保護(hù)電器，其動作應(yīng)具有選擇性，且各級之間應(yīng)能協(xié)調(diào)配合。交流側(cè)過電流保護(hù)，具體應(yīng)滿足GB 50054的要求。

過電流保護(hù)

（5）直流電弧保護(hù)

直流側(cè)系統(tǒng)電壓大于或等于80V的系統(tǒng)應(yīng)具備直流電弧保護(hù)功能，當(dāng)檢測到故障電弧時，應(yīng)切斷故障電弧組串或關(guān)停故障電弧所在光伏陣列，并發(fā)出可視告警信號（就地信號或遠(yuǎn)程監(jiān)控信號）。直流電弧保護(hù)具體要求，詳見附錄B。

（6）快速關(guān)斷

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)宜具備快速關(guān)斷功能，快速關(guān)斷裝置啟動后30s內(nèi)，以光伏方陣邊緣外延305mm為邊界，邊界范圍內(nèi)的電壓應(yīng)降低到80V以下，邊界范圍外的電壓應(yīng)降低到30V以下?？焖訇P(guān)斷具體要求，詳見附錄C。

（7）絕緣故障保護(hù)

光伏方陣絕緣電阻探測

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)在運(yùn)行前，應(yīng)對光伏方陣和地之間的絕緣電阻進(jìn)行探測。在運(yùn)行過程中應(yīng)至少每24小時探測一次，探測過程中允許斷開光伏方陣的功能接地連接。

當(dāng)探測到光伏方陣與地間的絕緣電阻小于Umaxpv/30mA時，應(yīng)：

a)非參考接地光伏方陣應(yīng)指示故障；

b)非隔離型光伏方陣應(yīng)關(guān)閉逆變器且將逆變器與交流電路或光伏方陣所有極斷開，或?qū)⒐夥疥嚬收喜糠值乃袠O從逆變器斷開；

c)功能接地光伏方陣應(yīng)關(guān)閉逆變器且將光伏方陣所有極從接地?cái)嚅_，或?qū)⒐夥疥嚬收喜糠值乃袠O從接地?cái)嚅_。

注1：非參考接地光伏方陣：光伏方陣非功能接地，光伏方陣與電網(wǎng)隔離（光伏方陣的主要直流導(dǎo)體既沒有直接接地，也沒有通過逆變器接地）。

注2：非隔離型光伏方陣：光伏方陣非功能接地，光伏方陣與電網(wǎng)不隔離（光伏方陣的直流電路通過非隔離型逆變器連接至參考接地系統(tǒng)）。

注3：功能接地光伏方陣：光伏方陣功能接地，光伏方陣與電網(wǎng)隔離（光伏方陣中的主要直流導(dǎo)體連接至功能接地）。

在所有絕緣故障情況下，絕緣電阻探測可繼續(xù)，如果光伏方陣的絕緣電阻恢復(fù)到高于Umaxpv/30mA，則故障指示可停止，并且系統(tǒng)可恢復(fù)正常工作。

絕緣檢測

殘余電流監(jiān)控保護(hù)（適用于非隔離型光伏方陣和功能接地方陣）

非隔離型光伏方陣組成的光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)具備殘余電流監(jiān)控保護(hù)功能。

當(dāng)功能接地光伏方陣組成的光伏發(fā)電系統(tǒng)不具備接地故障中斷措施時，則應(yīng)具備殘余電流監(jiān)控保護(hù)功能。

殘余電流監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)監(jiān)測直流和交流總殘余電流有效值，當(dāng)監(jiān)測到值超過300mA（≤30kVA的逆變器）或10mA/kVA（＞30kVA的逆變器）時，系統(tǒng)應(yīng)在0.3s內(nèi)斷開并指示故障，具體斷開情況為：

a)非隔離型光伏方陣應(yīng)關(guān)閉逆變器并且將交流電路或光伏方陣所有極從逆變器斷開，或?qū)⒐夥疥嚨墓收喜糠值乃袠O從逆變器斷開；

b)功能接地光伏方陣應(yīng)將光伏方陣故障部分的所有極從逆變器斷開，或斷開功能接地連接，允許與交流電路連接。

當(dāng)光伏方陣的絕緣電阻值高于Umaxpv/30mA，系統(tǒng)可嘗試重新連接。

剩余電流檢測

接地故障中斷措施（適用于功能接地方陣）

當(dāng)功能接地光伏方陣組成的光伏發(fā)電系統(tǒng)不具備殘余電流監(jiān)控保護(hù)功能時，則應(yīng)具備接地故障中斷措施。

當(dāng)光伏方陣通過高阻抗進(jìn)行功能性接地，使得由單一故障導(dǎo)致的通過方陣功能接地路徑的電流小于表1的限值，則不需要接地故障中斷措施。

當(dāng)直流側(cè)出現(xiàn)接地故障時，接地故障中斷裝置應(yīng)能自動中斷功能接地導(dǎo)體中的故障電流。

接地故障中斷裝置的額定電壓應(yīng)不低于光伏方陣開路電壓，且分?jǐn)嗄芰?yīng)不低于光伏方陣短路電流。當(dāng)選用熔斷器和斷路器作為中斷裝置時，其額定電流應(yīng)不超過表1限值要求；當(dāng)電流傳感器結(jié)合繼電器等自動斷開裝置時，其額定電流值可與表1不同。

表1 接地故障中斷裝置的額定電流（適用于熔斷器和斷路器）

接地故障中斷裝置的動作要求：

a)當(dāng)故障電流達(dá)到1.35倍額定電流時，應(yīng)在60分鐘內(nèi)斷開；

b)當(dāng)故障電流達(dá)到2倍額定電流時，應(yīng)在2分鐘內(nèi)斷開。

接地故障指示

光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)具備本地或遠(yuǎn)程接地故障指示功能，需選用合適的故障指示方式。

接地故障恢復(fù)后，如果系統(tǒng)具備故障記錄功能，則故障指示可自動復(fù)位，如果系統(tǒng)不具備故障記錄功能，則故障指示應(yīng)一直保持。

（8）電能質(zhì)量

光伏發(fā)電站接入電網(wǎng)后引起電網(wǎng)公共連接點(diǎn)的諧波電壓畸變率以及向電網(wǎng)公共連接點(diǎn)注入的諧波電流應(yīng)符合GB/T 14549的規(guī)定。

光伏發(fā)電站接入電網(wǎng)后，公共連接點(diǎn)的電壓應(yīng)符合GB/T 12325的規(guī)定。

光伏發(fā)電站引起公共連接點(diǎn)處的電壓波動和閃變應(yīng)符合GB/T 12326的規(guī)定。

光伏發(fā)電站并網(wǎng)運(yùn)行時，公共連接點(diǎn)三相電壓不平衡度應(yīng)符合GB/T 15543的規(guī)定。

光伏發(fā)電站并網(wǎng)運(yùn)行時，向電網(wǎng)饋送的直流電流分量不應(yīng)超過其交流額定值的0.5％。

電能質(zhì)量在線監(jiān)測

（9）雷擊和過電壓防護(hù)

一般規(guī)定

應(yīng)根據(jù)GB/T 21714.3和GB 50057安裝防雷保護(hù)系統(tǒng)，或?qū)⒐夥l(fā)電系統(tǒng)整合到建筑物雷電防護(hù)系統(tǒng)（LPS）。

對于組件帶金屬邊框的系統(tǒng)，組件邊框和支架可連接到建筑物原有接地系統(tǒng)，或者通過引下線和接地極連接。當(dāng)組件邊框作為接閃器時，則應(yīng)滿足GB 50169中的要求。

對于組件無邊框的系統(tǒng)，光伏支架可連接到建筑物原有接地系統(tǒng)，或通過引下線和接地極接地。

防雷接地連接

接地干線應(yīng)在不同的兩點(diǎn)及以上與接地網(wǎng)連接或與原有建筑屋頂防雷接地網(wǎng)連接。

接地干線（網(wǎng)）連接、接地干線（網(wǎng)）與屋頂建筑防雷接地網(wǎng)的連接應(yīng)牢固可靠。

接地線不應(yīng)做其他用途。

鋁型材連接需刺破外層氧化膜，當(dāng)采用焊接連接時，焊接質(zhì)量應(yīng)符合要求，焊接點(diǎn)應(yīng)做好防腐防銹處理，并做好標(biāo)識（刷漆）。

帶邊框的組件、支架、電纜的金屬外皮、金屬保護(hù)管線、橋架、電氣設(shè)備外殼導(dǎo)電部分應(yīng)與接地干線（網(wǎng)）牢固連接，連接處應(yīng)做好防腐防銹處理。

接地連接電阻應(yīng)滿足以下要求：

a)防雷接地電阻不大于10Ω；

b)電氣設(shè)備的保護(hù)電氣接地電阻不大于4Ω；

c)若防雷接地與電氣設(shè)備接地共用接地極，接地電阻應(yīng)不大于4Ω；

d)組件間的等電位連接電阻應(yīng)小于0.5Ω。

過電壓保護(hù)

應(yīng)根據(jù)GB/T 21714.2、GB/T 21714.3和GB/T 21714.4來評估浪涌保護(hù)器的必要性。一般逆變器中會安裝直流SPD和交流SPD，但系統(tǒng)也可根據(jù)需要安裝分散的SPD，此時應(yīng)保證多個SPD的匹配性。SPD應(yīng)盡可能靠近被保護(hù)的設(shè)備。

直流電涌保護(hù)

自復(fù)式過欠壓保護(hù)器

（10）光伏組串設(shè)計(jì)

方陣組串開路電壓應(yīng)不高于逆變器輸入電壓限值。

方陣組串的功率工作電壓變化范圍應(yīng)在逆變器的功率跟蹤電壓范圍內(nèi)。

光伏組串并聯(lián)時，各組串開路電壓應(yīng)在5％以內(nèi)。

同一組串中的各光伏組件的電性能參數(shù)應(yīng)在偏差范圍內(nèi)。

同一組串內(nèi)組件的方位朝向、安裝傾角應(yīng)保持一致；同一路MPPT下，不同組串的組件類型、組件數(shù)量、方位朝向、安裝傾角應(yīng)保持一致。

（11）電纜敷設(shè)

光伏方陣布線應(yīng)滿足本文件和GB/T 16895.21的要求。

光伏組件之間及組件與匯流箱之間的電纜應(yīng)有固定措施和防曬措施。應(yīng)固定電纜以使其免受風(fēng)/雪造成的疲勞，防止電纜接觸尖銳楞緣。

光伏方陣應(yīng)按使導(dǎo)電回路面積極小的方式布線。

光伏組串正極和負(fù)極電纜應(yīng)從同一側(cè)平行敷設(shè)。

（12）監(jiān)控系統(tǒng)

光伏監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)滿足GB 50797、GB/T 34932的要求，電氣安全相關(guān)監(jiān)控及告警功能應(yīng)能與監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動。

光伏運(yùn)維系統(tǒng)