如何通过电压读数定位光伏阵列的接地故障？
作者：Will White，福禄克高级应用专家
确认光伏(PV)组串存在接地故障后，下一个挑战是确定故障的具体位置。故障是否位于模块内部？线缆有问题？连接器有故障？有效定位故障的关键在于无需拆卸整个阵列，仅需通过电压测量值和基础数学运算即可实现定位。
本文介绍如何通过逐步电压测试计算光伏组串的故障位置。该方法对于屋顶系统尤为实用，因为在屋顶系统中，逐个拆卸每个组件并不现实。
开始之前：何时使用该方法
这种基于电压的方法在以下情况下效果最佳：
- 已确认某个组串或汇流器内存在接地故障
- 该系统或系统的某个部分已关断并锁定
- 光伏组串电压在测试工具的量程范围内
- 知道模块的Voc(开路电压)
如果系统存在间歇性故障，或者电路可安全断电，请先参阅：
利用电压读数定位太阳能光伏阵列接地故障的分步指南
第1步，收集所需信息
进行任何测量之前，确保知道：
- 组串内的模块数量
- 每个模块的Voc (来自数据资料或标签)
- 预期的组串开路电压(Voc × 模块数量)
- 挂牌上锁(LOTO)的安全程序及仪表额定值
示例：
- 16个模块 × 53.82 VDC = 861.12 VDC 预期组串电压
第2步，测量正导体-负导体
系统处于隔离且安全的测试条件下：
- 使用安全等级为CAT III的万用表(如Fluke 393 FC或Fluke 283 FC/PV)，其额定电压应等于或大于系统最大电压。
- 将探头连接至组串的正负极导体上。
- 记录测得的电压值。
这证实整个组串都存在完整的Voc。
预期读数：完整的组串电压(例如16个模块时为861.12 VDC)
异常读数：低于或高于预期值可能表明存在多种问题
第3步，将组串的正负极两端隔离
- 断开正极保险丝座。
- 断开负极保险丝座，或将负极导体从负极总线上拆下。
为确保电压测试准确，组串两端必须与所有并联连接隔离。
第4步，测量正极-地
- 将表仪表的正极测试线连接至正极组串导体。
- 将负极测试线连接至系统地或接地母线。
- 记录电压读数。
预期值：0 VDC
异常值：存在正极对地电压表明正极导体与地之间存在故障路径。
第5步，测量负极-地
- 交换仪表测试线：
- 负极测试线连接至负极导体
- 正极测试线连接至地
- 记录电压。
预期值： 0 VDC
异常值：非零读数表明电路负极侧存在接地故障。
第6步，将对地电压值除以模块开路电压(Voc)
这就是“基于数字计算(by the numbers)”的用武之地。通过将测得的对地电压除以单个模块的开路电压(Voc)，可估算测量点与故障点之间模块的数量。
示例1：两个模块之间的接地故障
计算：
- 645.84 ÷ 53.82 = 12个模块(从正极端到故障点)
- 215.28 ÷ 53.82 = 4个模块(从负极端到故障点)
示例2：主干导体的接地故障
计算：
- 0 ÷ 53.82 = 0 个模块
- 861.12 ÷ 53.82 = 16 个模块
上述结果表明，问题出在测试点与正极侧组串的首个模块之间的正极线缆上。故障可能出在逆变器或汇流箱中，也可能发生在线管内，或是发生在组串正极侧首个组件之前的电池板阵列内。
第7步，目视检查可疑区域
既然已经缩小了范围，接下来检查：
- 估计故障位置处的线束
- 两个疑似模块之间的连接器
- 可疑位置附近的模块框架或接地片
- 主干端接处的线管和应力消除装置
烧迹、绝缘层损坏、熔化的连接器或被压扁的线缆都是故障位置的明确指示。
第8步，通过绝缘电阻测试进行确认(选做)
验证基于电压的结果：
- 断开正极或负极导体。
- 使用绝缘电阻测试仪(例如：Fluke 1587 FC、1537或SMFT-1000)
- 使用500 – 1,500 VDC电压测试导体对地电阻。
- 记录电阻值。
低电阻值证实可疑导体存在绝缘层损坏或与接地金属接触的情况。
第9步，记录并准备维修事宜
进行任何维修前，应记录：
- 所有点之间的电压读数
- 可疑模块或线缆段
- 环境条件(例如：潮湿、干燥)
- 照片，如果存在可见损坏
该文档对保修索赔、保险报告及未来故障诊断和排除具有参考价值。
准备好进行维修了吗？ 参考：如何修复光伏(PV)系统的接地故障？
故障诊断和排除技巧
- 始终将电压四舍五入至小数点后两位，以获得更好的准确度
- 如果电压读数异常，请更换测试线或仪表重新测试。
- 警惕虚电压——一种缓慢衰减的信号，并非真实的故障电压
- 测量时确保模块清洁干燥；水分会导致读数偏移
总结
通过电压测量来定位接地故障是一种智能、有效的方法，可精确定位光伏电池组串问题——无需拆卸大面积光伏阵列。通过测量对地电压，并将其与模块开路电压(Voc)进行比较，技术人员可将故障位置精确定位至一至两个模块范围内。
