國家雙碳政策下，光伏發(fā)電將在未來能源結(jié)構(gòu)中承擔(dān)主力軍角色，同時(shí)也將進(jìn)入一個(gè)蓬勃發(fā)展的新時(shí)代。2021年，分布式光伏電站新增容量首次超過集中式電站，標(biāo)志著分布式光伏電站進(jìn)入大規(guī)模快速增長階段，但是，隨之而來的“安全問題”也越來越多，已經(jīng)到了迫切需要解決的地步。

“安全”是一切產(chǎn)業(yè)的命脈，是一票否決的原則性問題，光伏電站安全運(yùn)營也是電站取得投資回報(bào)的根基所在。隨著“整縣推進(jìn)”項(xiàng)目不斷落地實(shí)施，大量政府機(jī)關(guān)、學(xué)校、醫(yī)院、居民屋頂以及加油站、各種料棚和工商業(yè)彩鋼瓦屋頂安裝光伏電站；可再生能源建筑政策也將推動(dòng)BIPV（建筑光伏一體化）市場(chǎng)繁榮發(fā)展。一直以來，光伏電站“防直流電弧”和“防火災(zāi)”發(fā)生是光伏電站的難點(diǎn)、屋頂電站的痛點(diǎn)、政府關(guān)注的重點(diǎn)、社會(huì)輿論的焦點(diǎn)。

火災(zāi)安全隱患

近年來，光伏電站火災(zāi)事故頻發(fā)，這不僅損失電站財(cái)產(chǎn)、發(fā)電收益，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成建筑物損壞和人身傷害，甚至蔓延到周邊環(huán)境，導(dǎo)致一系列次生災(zāi)害發(fā)生。

直流電弧產(chǎn)生是光伏電站中最常見的故障現(xiàn)象，由于接點(diǎn)脫落、器件老化、絕緣破裂、接地不良等情況都會(huì)產(chǎn)生電弧。并且，直流電弧的危害遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于交流電弧，因?yàn)橹绷麟娀〔淮嬖谶^零點(diǎn)，一旦產(chǎn)生就會(huì)持續(xù)燃燒，很難熄滅，極易造成火災(zāi)事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)，光伏電站過半數(shù)火災(zāi)事故是由直流電弧引起，隨著光伏組件規(guī)格越做越大，直流側(cè)系統(tǒng)功率和電流增強(qiáng)，根據(jù)焦耳定律Q=I2Rt可知電流增大一倍，短路點(diǎn)熱效應(yīng)增加4倍，引起火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)也極大地增加。

直流電弧分類

16895.32-2021 中關(guān)于直流電弧的描述：

和傳統(tǒng)的電氣產(chǎn)品不同，對(duì)于PV組件和其線路，沒有一個(gè)整體外殼來收納由元件和線路故障引起的電弧和火花，而許多PV裝置卻能夠在維持直流電弧的典型直流電壓下運(yùn)行。

PV裝置中的電弧主要有三個(gè)類別：

---可能因錯(cuò)誤接線或者串聯(lián)接線斷裂造成的串聯(lián)電弧

---可能因不同電位的相鄰線路之間部分短路而造成的并聯(lián)電弧

---因絕緣故障造成的接地電弧

串聯(lián)電弧

串聯(lián)電弧，又稱為拉弧。串聯(lián)電弧通常由組件間電纜插頭接觸不良、組串電纜與匯流箱或者逆變器的連接不牢靠等原因造成。由于光伏電站中的串聯(lián)插頭眾多，1MW屋頂光伏電站就有2000個(gè)對(duì)插點(diǎn)，如此多對(duì)插點(diǎn)很難保證所有插頭品質(zhì)優(yōu)良，很難保證所有接點(diǎn)對(duì)插良好，而且日積月累，插頭存在老化問題，這些隱患導(dǎo)致其接觸不良，形成直流電弧。

當(dāng)前，少數(shù)逆變器中集成了拉弧保護(hù)功能，但是這種保護(hù)存在兩個(gè)重大問題：第一，如果有一個(gè)組串出現(xiàn)拉弧故障，那么整個(gè)逆變器就會(huì)停機(jī)，造成極大的發(fā)電量損失；第二，沒有拉弧故障定位功能，運(yùn)維人員無法及時(shí)精準(zhǔn)地找到電弧發(fā)生的位置，本質(zhì)上就是無解，他們唯一能做的技術(shù)復(fù)位保護(hù)，使逆變器繼續(xù)運(yùn)行。如此看來，逆變器中集成拉弧保護(hù)功能，無法真正有效地解決拉弧故障問題。

并聯(lián)電弧

并聯(lián)電弧主要由線路破損引起的正負(fù)極性導(dǎo)體短接，或者組串電纜之間短接引起的。當(dāng)組串電纜被機(jī)械擠壓或磨損時(shí)，在正負(fù)極之間，或者不同組串之間就會(huì)產(chǎn)生電弧放電，這就是并聯(lián)電弧故障。還有一種情況也會(huì)導(dǎo)致并聯(lián)電弧，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)串聯(lián)電弧沒有及時(shí)處理時(shí)，串聯(lián)電弧的熱量燒壞電纜絕緣層，也會(huì)產(chǎn)生并聯(lián)電弧。

當(dāng)組件方陣主導(dǎo)體之間發(fā)生并聯(lián)電弧，由于電弧能夠得到足夠能量，更加難以熄滅，將會(huì)造成重大火災(zāi)事故。通過斷開光伏系統(tǒng)直流母線或相應(yīng)組串可以熄滅串聯(lián)故障電弧，然而卻無法熄滅并聯(lián)故障電弧，甚至可能導(dǎo)致更大的電流通過電弧通路，使電弧燃燒更加劇烈。

目前，逆變器中集成的電弧保護(hù)功能，不能檢測(cè)并聯(lián)電弧和接地電弧，但并聯(lián)電弧的破壞力往往是串聯(lián)電弧的10倍，安全隱患更大。

接地電弧

部件老化破損或機(jī)械損傷導(dǎo)致對(duì)地放電，如果組件平鋪在彩鋼瓦屋頂上，將出現(xiàn)接地電弧或漏電情況。這種故障不易排查發(fā)現(xiàn)，尤其雨天更是常見，目前，解決方法為逆變器停機(jī)，等接地處干燥后再開機(jī)運(yùn)行，這種方法并不能有效排除隱患，同時(shí)增加人身觸電的風(fēng)險(xiǎn)。

直流高壓

在光伏電站中，光伏組件采用串聯(lián)方式形成直流高壓電路，一般達(dá)到1000V左右，即使系統(tǒng)停機(jī)時(shí)，光伏組件矩陣內(nèi)仍然存在千伏左右的直流高壓。尤其屋頂光伏電站，當(dāng)光伏電站和建筑物發(fā)生火災(zāi)時(shí)，很難安全施救；在日常電站運(yùn)維檢修或物業(yè)保養(yǎng)時(shí)，運(yùn)檢人員也存在觸電風(fēng)險(xiǎn)。

政府機(jī)關(guān)、學(xué)校、醫(yī)院、居民屋頂

場(chǎng)景風(fēng)險(xiǎn)分析：

1、區(qū)域管制，無法使用無人機(jī)進(jìn)行組件異常掃描，隱患無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)；

2、人口密集，組件方陣出現(xiàn)漏電，人員觸電風(fēng)險(xiǎn)較大；

3、搶險(xiǎn)受限，遭遇火災(zāi)等緊急情況時(shí)組串高壓無法關(guān)斷，阻礙救援；

4、輿論影響，若發(fā)生火災(zāi)等事故，社會(huì)輿論影響較大；

各種彩鋼瓦屋頂

場(chǎng)景風(fēng)險(xiǎn)分析：

1、巡檢較難，彩鋼瓦屋頂不便巡檢，電弧安全隱患不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)；

2、搶險(xiǎn)受限，遭遇火災(zāi)等緊急情況時(shí)組串高壓無法關(guān)斷，阻礙救援；

3、屋頂脆弱，直流電弧火花易燒穿彩鋼瓦進(jìn)入下部空間，引起火災(zāi)，造成財(cái)產(chǎn)損失；

煤棚、車棚、料棚、養(yǎng)殖棚

場(chǎng)景風(fēng)險(xiǎn)分析：

1、巡檢較難，頂棚不便巡檢，電弧安全隱患不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)；

2、搶險(xiǎn)受限，遭遇火災(zāi)等緊急情況時(shí)組串高壓無法關(guān)斷，阻礙救援；

3、棚頂脆弱，直流電弧火花易燒穿棚頂進(jìn)入內(nèi)部，造成重大財(cái)產(chǎn)損失；

加油站、酒精、化工、面粉等廠區(qū)

場(chǎng)景風(fēng)險(xiǎn)分析：

1、高危場(chǎng)景，需要及時(shí)檢測(cè)電弧、關(guān)斷、報(bào)警、定位，有效排除隱患；

2、搶險(xiǎn)受限，遭遇火災(zāi)等緊急情況時(shí)組串高壓無法關(guān)斷，阻礙救援；

3、易燃易爆，安全保護(hù)措施缺位，易引起重大安全事故；

高速、公路、河道等區(qū)域

場(chǎng)景風(fēng)險(xiǎn)分析：

1、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，煙頭、組件零星電弧火花易導(dǎo)致下方雜草燃燒；

2、巡檢較難，地段狹長不便巡檢，運(yùn)維難度度，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患；

3、救援困難，遠(yuǎn)離市區(qū)，如發(fā)生火災(zāi)等事故救援困難；

4、二次事故，車輛或其他事故損壞組件時(shí)，不能及時(shí)關(guān)斷組串高壓，易造成嚴(yán)重二次事故。

國內(nèi)外相關(guān)法規(guī)

美國：

在最新版美國國家電氣規(guī)范NEC2020文件中要求：

以距離到光伏矩陣305mm為界限，界限范圍外，在觸發(fā)設(shè)備啟動(dòng)后30S內(nèi)，電壓降低到30V以下；界線范圍內(nèi)，要求具有“光伏危險(xiǎn)控制系統(tǒng)”，或在觸發(fā)設(shè)備啟動(dòng)后30S內(nèi)，將電壓降低到80V以下。

加拿大：

根據(jù)加拿大電氣安裝法規(guī) Canadian Electrical Code 2021版要求：

當(dāng)光伏系統(tǒng)直流側(cè)電壓大于80V時(shí)需安裝電弧故障中斷設(shè)備或者其它等同設(shè)備。

當(dāng)光伏系統(tǒng)安裝在建筑內(nèi)或者建筑上，應(yīng)安裝快速關(guān)斷裝置。在光伏組件1米外，快速關(guān)斷裝置觸發(fā)后，要求30S內(nèi)將電壓降低至30V以下。

德國：

根據(jù)德國標(biāo)準(zhǔn) VDE-AR-E 2100-712要求：

在光伏系統(tǒng)中如果逆變器關(guān)閉或者電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，需要使直流電壓小于120V。提到使用關(guān)斷裝置使直流側(cè)電壓降至120V以下。

澳洲：

根據(jù)最新AS/NZS 5033:2021標(biāo)準(zhǔn)的4.3.3章節(jié)提到：

當(dāng)直流電壓大于120Vd.c時(shí)，組件和逆變器之間需要安裝斷開裝置。

泰國：

泰國國家電氣規(guī)范（Thai Electrical Code:Solar Rooftop Power Supply Installations2022）中4.3.13章節(jié)：

要求屋頂光伏電站必須安裝有快速關(guān)斷裝置，且在距離光伏矩陣300mm為界限，裝置啟動(dòng)后30秒內(nèi)界限范圍內(nèi)電壓降低到80V以下，界限范圍外電壓降到30V以下。

建筑物電氣裝置（國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局發(fā)布2001年）：

在GBT 18379-2001 《建筑物電氣裝置的電壓區(qū)段》中規(guī)定I區(qū)段電壓等級(jí)的限值為120VDC，也就是說人體正常情況下可觸及導(dǎo)電零件的電壓限值為120VDC，這是人體的安全電壓。

中國建材標(biāo)準(zhǔn)（中國建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)有限公司2018年）：

根據(jù)中國建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)發(fā)布的《戶用并網(wǎng)光伏系統(tǒng)檢測(cè)及評(píng)價(jià)》：安裝在屋頂上的戶用并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，當(dāng)直流電壓大于120V時(shí)，單塊光伏組件或組串宜采用快速關(guān)斷的方式控制危險(xiǎn)直流電壓，宜采用電弧故障檢測(cè)、報(bào)警及處理系統(tǒng)。

住建部（住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部公告2021年第173號(hào)）：

住建部批準(zhǔn)《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》為國家標(biāo)準(zhǔn)，于2022年4月1日起實(shí)施。

5.2.5太陽能系統(tǒng)與構(gòu)件及其安裝安全，應(yīng)符合下列規(guī)定：

應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)、電氣及防火安全的要求。

浙江地方標(biāo)準(zhǔn)（浙江省市場(chǎng)監(jiān)督管理局2019年） ：

光伏電源并網(wǎng)電氣設(shè)備應(yīng)符合GB 50054等國家相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)GB/T 3805和GB/T18379 相關(guān)規(guī)定，光伏電源應(yīng)具備技術(shù)措施，在施工、維護(hù)和檢修等情況下能夠控制人體可能接觸的直流部分電壓在120V安全限值范圍內(nèi)。

安徽地方標(biāo)準(zhǔn)（安徽省市場(chǎng)監(jiān)督管理局2018年）：

根據(jù)安徽省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布的《建筑光伏系統(tǒng)防火技術(shù)規(guī)范》：建筑光伏系統(tǒng)中需要設(shè)置快速關(guān)斷裝置，且對(duì)“光伏系統(tǒng)”關(guān)閉與“光伏組件”關(guān)閉做了區(qū)分。對(duì)于僅僅實(shí)現(xiàn)矩陣快速關(guān)斷的系統(tǒng)，仍然要求有明顯標(biāo)識(shí)說明光伏組件存在直流高壓危險(xiǎn)。

國家能源局：

2021年11月26日，國家能源局發(fā)布了關(guān)于公開征求對(duì)《關(guān)于加強(qiáng)分布式光伏發(fā)電安全工作的通知(征求意見稿)》意見的公告。其中，在“項(xiàng)目設(shè)計(jì)管理”相關(guān)章節(jié)中明確要求：安裝電弧故障斷路器或采用具有相應(yīng)功能的組件，實(shí)現(xiàn)電弧智能檢測(cè)和快速切斷功能;光伏組件應(yīng)具有安全關(guān)斷保護(hù)功能，保證逆變器關(guān)機(jī)，交流斷電后，系統(tǒng)子陣外直流電壓低于安全電壓。

豐郅“安全保護(hù)”方案

四合一功能：

l組件級(jí)快速關(guān)斷

l組件級(jí)數(shù)字化管理

l組件級(jí)拉弧實(shí)時(shí)檢測(cè)、主動(dòng)保護(hù)和故障定位

l并聯(lián)電弧和漏電實(shí)時(shí)檢測(cè)、主動(dòng)保護(hù)和故障定位

當(dāng)前逆變器上集成的電弧保護(hù)功能不夠完備，并且無法定位故障位置，無法精準(zhǔn)定位也就不能及時(shí)有效地處理。只有“組件級(jí)”檢測(cè)和保護(hù)方案，才能覆蓋串聯(lián)電弧、并聯(lián)電弧和對(duì)地電弧，并且做到電弧故障位置精準(zhǔn)定位，還可以實(shí)現(xiàn)漏電故障檢測(cè)與定位。

結(jié)語

我國光伏電站建設(shè)正在如火如荼地進(jìn)行中，已經(jīng)走進(jìn)千家萬戶與老百姓生產(chǎn)生活緊密相連，如何保障光伏電站的“安全性”正在引起全行業(yè)的高度重視。隨著央國企電力集團(tuán)布局光伏產(chǎn)業(yè)，電站運(yùn)行中的安全問題更是提高到重中之重的位置。要想有效解決這一問題，需要整個(gè)行業(yè)群策群力提出創(chuàng)新性解決方案，并且不斷完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，并在后續(xù)電站建設(shè)中真正落實(shí)相關(guān)要求。

2022年4月26日，中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第十一次會(huì)議，研究全面加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)問題，提出構(gòu)建現(xiàn)代化基礎(chǔ)設(shè)施體系，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、生態(tài)效益、安全效益相統(tǒng)一，服務(wù)國家重大戰(zhàn)略，支持經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。光伏電站作為重要的能源基礎(chǔ)設(shè)施，安全穩(wěn)定高效運(yùn)行是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要保障。

來源：豐郅新能源

摘錄網(wǎng)址：https://guangfu.bjx.com.cn/news/20220525/1228076.shtml

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