如何检测光伏组串的间歇性接地故障？
作者：Will White，福禄克高级应用专家
光伏系统(PV)的间歇性接地故障是太阳能技术人员面临的最棘手的问题之一。与硬接地故障或持续性故障不同，间歇性故障通常只出现在特定条件下——潮湿天气、热膨胀、甚至是追踪阵列移动时。如果不加以解决，它们可能会触发逆变器跳闸，造成安全隐患，导致全面故障。
本文介绍一个循序渐进的方法，使用可靠的工具和程序安全地测试通电的光伏(PV)组串，以定位间歇性接地故障。
什么是间歇性接地故障？
间歇接地故障是指载流导体(如直流正极或负极)与接地的金属部件(如机架或模块框架)之间的暂时性电气连接。与硬接地故障不同，这种连接是时断时续的。
这类故障只有在以下情况下才会发生：
- 下雨或结露
- 太阳曝晒和材料膨胀
- 阵列处于特定的追踪位置
- 导体在风力作用下与边缘摩擦
由于其时断时续，通常无法被标准的接地故障保护装置检测到。
安全第一：使用正确的个人防护用品
测试通电系统具有很大的风险。务必始终遵循所在组织的电气安全协议和NFPA 70E®标准。
根据系统规模和电压，个人防护用品(PPE)可能包括：
- 绝缘手套
- 阻燃(FR)服
- 电弧级面罩或防护服
接地故障会导致不可预测的电流。始终假定系统危险，非载流金属部件通电，除非证实其并不带电。
测试通电光伏组串间歇性接地故障的分步指南
第1步，了解预期电压值
测试前，计算每个光伏组串的开路电压(Voc)。使用模块的数据资料，并将模块的开路电压(Voc)乘以组串中的模块数量。
例如：
- 模块 Voc = 53.8 VDC
- 16 个模块串联
→ 组串 Voc = 860.8 VDC
了解该基准有助于识别异常读数。
第2步，使用系统监测数据(如可用)
如果系统处于监测状态，请查看逆变器日志，以了解：
- 接地故障错误码
- 跳闸时间
- 天气相关趋势
这有助于确定故障发生的时间和条件。
第3步：挂牌上锁(LOTO)和目检
虽然测试的是通电组串，但必须首先隔离并保护该区域。
- 断开将要处理部分的负载断开式装置。
- 将挂牌上锁(LOTO)装置应用于汇流箱或断开装置。
- 每个上锁/挂牌(LOTO)装置上应标注：
- 技术人员姓名
- 电话号码
- 日期
- 正在执行的工作
接下来，对阵列进行目检，查找是否存在：
- 模块上有烧痕或变色
- 融化的连接器
- 线缆损坏或夹扁
- 水侵迹象
开始测试之前，存在明显的间歇性故障。
第4步，验证无电流
开路任何保险丝座或断开导体之前，使用直流钳形表(如 Fluke 393 FC 或 283 FC/PV) 以检查电流。
- 分别测试每个正、负组串导体。
- 确认无电流，才能继续后续工作。
警告：切勿存在电流时断开保险丝座或断开线缆。这可能导致出现危险的直流电弧。
第5步，测试光伏(PV)组串对地电压(正极侧)
- 断开所有正极保险丝座，隔离正极导体。
- 如果可能的话，确保所有负极保险丝座均断开，或者从负极母线上拆下负极导体并隔离。(这样做有好处，但在此时，没有必要隔离负极导体。)
- 连接：
- 仪表的正极测试线连接至组串的正极导体
- 仪表的负极测试线连接至接地母线
- 记录电压。
- 读数为零表示无故障。电压不为零可能表示存在间歇性接地故障。
继续分别测试每个组串，始终使用接线螺帽或胶带保护裸露的线缆端头。
测试通过负极母线并联的负极导体时，接地故障将导致测量到正极导体的对地电压，直到移除负极并联连接并将组串的负极端隔离。
第6步，测试光伏(PV)组串对地电压(负极侧)
现在对负极导体重复同样的过程：
- 所有正极保险丝座均开路，并且导体的负极端与其他导体隔离(开路负保险丝座(如有)，或者从母线上断开负极导体)，连接：
- 仪表的负极测试线连接至组串的负极导体
- 仪表的正极测试线连接至接地母线
- 记录电压。
- 预期结果： 0 VDC
异常：电压非零时，表示存在故障。 - 每次测试后，使用接线螺帽或胶带保护裸露的线线缆端头，或将导体安全地重新接地。
对汇流箱内的每个组串重复上述操作。
第7步，在潮湿或故障重现条件下进行测试
由于间歇性故障通常与外部因素密切相关，请尝试在类似条件下进行测试：
- 在清晨有露水时、雨后或向模块喷洒蒸馏水后(仅在安全且允许的情况下)进行测试。
- 如果系统使用太阳能追踪器，请将阵列移至故障上次发生的位置并重新测试。
在潮湿环境下进行测试时务必格外谨慎，因为可能存在额外安全隐患。确保工具适用于上述环境。
第8步，识别异常值
测试完所有组串后：
- 比较所有地-导体电压值。
- 查找异常值——显示异常读数的组串。
- 这些是需要利用绝缘电阻或通过局部检查进行额外测试的候选对象。
其他隔离方法，请参阅： 如何通过电压读数定位光伏阵列的接地故障？
上述过程的推荐工具
- Fluke GFL-1500 光伏系统接地故障定位仪
- CAT III或IV级万用表——额定电压高于系统的开路电压(Voc)
如果未检测到故障怎么办？
如果在当前条件下未发现故障：
- 安排在恶劣天气条件下进行重新测试
- 利用监测数据缩小窗口期
- 考虑对断电电路进行额外的绝缘电阻测试
→ 如何检测断电的光伏系统的接地故障？
总结
间歇性接地故障可能难以察觉，但其往往是更严重故障的早期预警信号。通过采取周密的安全预防措施和循序渐进的方法，可隔离存在潜在问题的组串并保持系统安全运行。
