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2016

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不应被忽视的小设备——汇流箱


一个20MW的光伏电站,总投资约1.6亿元。其中,汇流箱的投资不足100万,仅占总投资的0.6%。因此,在很多人眼里,汇流箱是个微不足道的小设备。然而,根据统计数据,汇流箱是造成现场故障的重要原因。
 
下图是几个比较严重的汇流箱事故。
 
一、汇流箱的基本构造
一个常见汇流箱的内部构造如下图。
1箱体
一般采用钢板喷塑、不锈钢、工程塑料等材质,防护等级达到IP 54以上,作用是:防水、防尘,满足汇流箱户外长时间使用要求。
IP 54 防护等级系统是将电器依其防尘防湿气的特性加以分级。第1个数字“5”表示电器防止外物侵入的等级,第2个数字“4”表示电器防湿气、防水侵入的密闭程度,数字越大表示其防护等级越高
2直流断路器
直流断路器是整个汇流箱的输出控制器件,主要用于线路的分、合闸。其工作电压高至DC1000V。
由于太阳能组件所发电能为直流电,在电路开断时容易产生拉弧,因此在夏季高温环境中巡检中要关注它的温度。
3防反二极管
防反二极管第一个作用是用来防止太阳能电池组件或方阵在不发电时反送电会使得组件或者方阵发热甚至损坏;第二个作用是在电池方阵中,防止方阵各支路之间的电流倒送,这是因为串联各支路的输出电压不可能绝对相等,各支路电压有高低之差,或者某一支路故障、阴影遮挡会使得该支路的输出电压降低,高电压支路的电流就会流向低电压支路,在各支路串联接入防反二极管就是避免了这一现象发生。
4浪涌保护器/防雷器
浪涌也叫突波,就是超出正常工作的瞬时过电压。浪涌保护器是给汇流箱提供安全防护的电器装置。当电气回路或者通信线路中因为外界的干扰突然产生尖峰电流或者瞬态过电压和雷电过电压时,浪涌保护器能在极短的时间内导通分流,从而避免浪涌对回路中其他设备的损害。
5直流熔断器
线路中过载电流和短路电流会造成导线、电缆温度过高,导致导线、电缆的绝缘破坏,甚至断裂。熔断器作导线、电缆过载保护布置在导线、电缆的进线端或出线端,熔断器额定电流约为线路电流的1.25倍;作短路保护时熔断器必须安装在导线、电缆的进线端,熔断器额定电流约为脱扣电流的1.45倍。
6PCB板/监测模块
PCB板主要作用是采集和计算组件电压、电流、温度、平均电流,以及与后台通讯。
 
二、汇流箱烧毁的各种可能原因
汇流箱自身的原因造成
1)汇流排和熔断器布局不合理,不应重叠在一起,再加上汇流排宽度小,不利于散热,不合理的结构分布造成短路烧坏。
2)汇流排宽度比较窄,端子和汇流排的接触面积较小,引起发热和打火。
3)汇流排采用铝排,运行箱体整体温度过高,建议采纳TMY或TMR紫铜排;外壳防护涂层质量问题。
4)汇流箱缺少有效地保护装置。汇流箱内缺少监测各支路电流的通讯单元和保护单元,一旦某支路虚接松动打火,该路电流会产生波动,本应报警并驱动断路器跳开;本汇流箱没有断路器,即使发现事故,也很难人为断开。
5)控制板输入端高压电气间隙爬电距离不足引起燃烧;
6)熔丝质量问题:熔丝通过载电流时,炸裂,或熔断器熔管保险选择过大,没有起到保护作用。熔体与底座配合性(接触电阻过大);
7)IP等级达不到要求;
8)接线排绝缘质量和耐压值较低。
9)断路器相间隔板未安装,或断路器距外壳过近,飞弧距离不够。
 
施工中不规范造成
1)光伏组串与汇流箱内的接线不牢固。由于施工过程中施工人员用力过大,把固定螺杆拧滑丝没有更换,或用力过小没有把螺杆拧紧,在运行过程中不良接触引起电流拉弧,高温把熔断丝座融掉引起短路,烧掉汇流箱。
2)接线错误导致短路。光伏组串接入汇流箱时,施工人员没正确的分辨电池串过来的正负极,把其中某电池串的正极与其它电池串的负极接在一起,造成短路等。甚至有的施工人员错误接光伏组件,导致某些串出现1500V,甚至于2500V以上的电压,接入汇流箱,出现元件烧坏现象。
3)由进线端子和接线引起的。光伏汇流输入线从汇流箱底部进入汇流箱,没有采取固定措施直接接入端子排,接线头通过一个小型的螺丝固定,和端子的接触面积很小,并承受导线的重力,当接线头因气温变化和电流发热而出现松动时,就会产生火花逐渐拉弧燃烧,逐渐引起其它器件乃至整个箱子发热并全面燃烧。
4)汇流箱出线电缆头制作工艺不足,钢铠剥除不够,与接线鼻子距离太近,造成接地短路;组件串连接插头因接触不良发热,引起电缆着火; 汇流箱出线开关铜排端子螺丝松动发热;
5)现场防护门不安装。
 
运维中的原因造成
1)由于设备长期运行,电源模块发生内部故障,导致拉弧,以致汇流箱烧毁。
2)汇流箱下部的防水端子没把光伏组串或汇流输出的线固定紧。由于光伏组件只有白天发电,在发电时接触点间会发热而膨胀,晚上没有不发电温度降低,接触点间会收缩,如果防水端子没有把电缆固定紧,久而久之向下的力就有可能引起线缆松脱,造成拉弧烧端子,甚至短路等现象。
3)有老鼠和蛇等小动物进入汇流箱,造成汇流排短路。
4)保险板端子螺丝松动,造成保险板着火;
5)某个单元出现故障,出现回流。
 
三、汇流箱的检修
1检修内容
为了掌握光伏组件设备的运行状况,及时发现和消除设备缺陷预防事故的发生,确保完成发电计划,应认真做好设备巡视检查工作。
1)汇流箱应至少每月检查一遍,及时发现,及时消缺,并在运行日志上面详细记录。
2)检查汇流箱整体完整,无损坏、变形倒塌事故。
3)检查汇流箱整体清洁无杂物,密封情况良好。
4)检查螺丝有无松动、生锈现象。
5)检查接线端子有无烧坏、螺丝有无松动现象。
6)检查保险有无烧坏现象,检查保险盒有无烧坏现象。
7)检查防反二级管有无烧坏现象。
8)检查回路电压、电流正常。
9)检查浪涌保护器是否正常。
10)检查线路正常有无风化现象。
11)检查接入汇流箱的电线包扎牢固,绝缘是否老化。
12)检查汇流箱通讯与后台是否中断。
13)检查直流断路器接线端螺丝有无松动,在夏季高温天气时要检查直流断路器温度。
14)检查汇流箱标识牌是否张贴牢固。
 
2检修汇流箱时的注意事项
1)在检修汇流箱某一支路时,一定要先断开断路器,再扳开要检修支路的保险盒,然后合上断路器,再去检修汇线。切记不能再未断开直流断路器时就去拔M4插头,也不能在未断开直流断路器的情况下直接去扳开保险盒,以免造成人生安全事故
2)在检修汇流箱时,养成习惯性的将所有螺丝紧固一遍,在紧固螺丝时一定要注意安全,避免手同时触碰到正负极接线端,或者同时触碰到正极和PE线或者负极和PE线。