一起光伏逆變器燒毀事故分析

一起光伏逆變器燒毀事故分析摘要：新疆巴州地區(qū)某光伏電站六區(qū)2號(hào)逆變內(nèi)部起火，造成6區(qū)2號(hào)逆變器直流斷路器、柜內(nèi)部分元器件及與其相連的電纜全部燒毀。通過對(duì)故障原因分析，發(fā)現(xiàn)逆變器燒毀的原因?yàn)槟孀兤髟O(shè)計(jì)考慮不周，導(dǎo)致存在安全隱患，事后采取有效的預(yù)防措施，盡量避免類似事故的再次發(fā)生。

關(guān)鍵詞：光伏逆變器；直流電路器；燒毀；分析

1事件經(jīng)過

2015年1月21日14時(shí)37分，監(jiān)控后臺(tái)報(bào)“六區(qū)2#逆變器直流輸入反接”報(bào)警，火災(zāi)報(bào)警裝置報(bào)“六區(qū)逆變室點(diǎn)型感溫”報(bào)警，六區(qū)2#逆變器負(fù)荷到零。14時(shí)42分到六區(qū)逆變器室檢查，六區(qū)逆變器室門口濃煙滾滾，無法進(jìn)入。14時(shí)44分從后臺(tái)將六區(qū)四臺(tái)逆變器進(jìn)行遠(yuǎn)程關(guān)機(jī)。15時(shí)03分拉開六區(qū)2#逆變器HX21-HX27匯流箱低壓側(cè)斷路器。15時(shí)08分拉開六區(qū)1#、2#箱變高壓側(cè)隔離開關(guān)。15時(shí)12分進(jìn)入六區(qū)逆變器室，發(fā)現(xiàn)六區(qū)2#逆變器柜內(nèi)有少量明火，用滅火器將其撲滅，并進(jìn)行通風(fēng)。

2原因分析

1）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況分析

根據(jù)逆變器燒損情況進(jìn)行原理分析，直流柜與逆變器的原理圖如下圖1所示。

圖1

直流柜與逆變器原理圖

直流柜的輸入為8路或7路（本柜為7路）匯流箱，輸出并聯(lián)后接入逆變器的兩臺(tái)直流斷路器。經(jīng)檢查右側(cè)直流斷路器脫扣跳閘，右側(cè)直流斷路器脫扣原因主要有三種方式，分別是過載脫扣、短路脫扣和斷路器器件質(zhì)量問題脫扣。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀況查詢無明顯滿足過流保護(hù)動(dòng)作條件，所以判斷為斷路器器件質(zhì)量問題引起的脫扣。

當(dāng)逆變器右側(cè)直流斷路器脫扣后，左側(cè)直流斷路器及相關(guān)電纜將承擔(dān)所有的直流電流，左側(cè)直流斷路器長(zhǎng)期過載導(dǎo)致部分動(dòng)靜觸頭粘連，使得左側(cè)直流斷路器和輸入直流電纜快速老化，絕緣受到破壞。無論是斷路器內(nèi)部絕緣程度降低還是觸頭燒蝕破壞達(dá)一定程度，當(dāng)斷路器內(nèi)部滿足拉弧條件（電勢(shì)差10-20V，電流值80-100mA）就易于產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象，進(jìn)而引起左側(cè)直流斷路器著火。

著火的左側(cè)直流斷路器外殼落下引起已老化的電纜著火，電纜絕緣破損后，正負(fù)電纜之間或電纜與銅排之間出現(xiàn)搭接短路并拉弧，左側(cè)直流斷路器動(dòng)靜觸點(diǎn)之間出現(xiàn)更大拉弧。發(fā)生短路同時(shí)報(bào)出“直流輸入反接”故障。

圖2

逆變器柜直流斷路器處

燒毀的左側(cè)直流斷路器的輸入銅排跌落，正負(fù)銅排之間、銅排與電纜之間、銅排與銅排安裝板之間發(fā)生搭接短路，導(dǎo)致銅排、電纜及安裝板局部燒熔。

2）根據(jù)損壞部件分析

從現(xiàn)場(chǎng)逆變器外觀分析，逆變器兩臺(tái)直流斷路器燒毀比較嚴(yán)重（如下圖2所示），擋板左側(cè)及下側(cè)出現(xiàn)不規(guī)則窟窿和變形的逆變器柜門，判斷左邊直流斷路器出現(xiàn)過拉弧，損壞更嚴(yán)重。

從右側(cè)斷路器解體分析，斷路器處于脫扣狀態(tài)，各觸點(diǎn)未見粘連及燒熔現(xiàn)象，如下圖3所示。

圖6

直流銅排安裝板

3）根據(jù)故障信息分析

（1）后臺(tái)“直流輸入反接”故障報(bào)警分析

逆變器“直流輸入反接”故障是檢測(cè)直流電流，當(dāng)檢測(cè)到直流電流為負(fù)值時(shí)，會(huì)報(bào)“直流輸入反接”故障。當(dāng)直流輸入側(cè)發(fā)生短路時(shí)，電池板側(cè)的電壓將被拉低，直流支撐電容發(fā)生放電，出現(xiàn)電流倒灌，故報(bào)“直流輸入反接”故障。

（2）后臺(tái)直流故障電流數(shù)值顯示“6501.4A”分析

逆變器直流電流采樣是通過直流電流傳感器采集數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳，在電流傳感器供電和信號(hào)正常的情況，直流電流最大量程為2400A，

不會(huì)出現(xiàn)“6501.4A”電流值。當(dāng)電流傳感器二次側(cè)線纜著火燒損后出現(xiàn)虛接或懸空時(shí)，控制板采集到的數(shù)值為虛擬值。

（3）后臺(tái)直流故障電壓數(shù)值顯示“6552.3V”分析

逆變器直流電壓采樣是通過直流電壓傳感器采集數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳。當(dāng)電壓傳感器二次側(cè)線纜著火燒損后出現(xiàn)虛接或懸空時(shí)，控制板采集到的數(shù)值為虛擬值。

3暴露問題

1）逆變器設(shè)計(jì)考慮不周，存在隱患。逆變器的2臺(tái)直流斷路器在實(shí)際使用時(shí)為并聯(lián)方式，存在一臺(tái)直流斷路器脫扣，另一臺(tái)直流斷路器過載情況，但設(shè)計(jì)時(shí)沒有將直流斷路器脫扣及狀態(tài)信號(hào)上傳，未能通知到電站監(jiān)控人員。

2）電站巡檢項(xiàng)目不太完善，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)直流斷路器有脫扣現(xiàn)象。

3）逆變器室下側(cè)電纜施工時(shí)未進(jìn)行固定，電纜多且存在自重，直流母排固定部位著火變形后，電纜自重將母排下拉引起直流輸入短路，造成直流母排和電纜燒毀。

4防范措施

1）更改設(shè)計(jì)，將2臺(tái)直流斷路器脫扣信號(hào)上傳并告警，發(fā)生1路直流斷路器脫扣時(shí)及時(shí)報(bào)警并限一半功率運(yùn)行。

2）電站加強(qiáng)巡回檢查，增加巡檢項(xiàng)目，及早發(fā)現(xiàn)和處理缺陷。

3）利用定檢時(shí)間對(duì)逆變器室下方電纜進(jìn)行垂直固定。

4）各單位根據(jù)此事故進(jìn)行舉一反三，對(duì)站內(nèi)設(shè)備和易發(fā)熱部位進(jìn)行全面排查，及早消除隱患，避免此類事故的再次發(fā)生。若羌光伏電站設(shè)計(jì)與博湖相同，將類似存在問題列入定檢項(xiàng)目?jī)?nèi)。

參考文獻(xiàn)：

[1]《發(fā)電場(chǎng)電氣部分》.北京：中國電力出版社，2009年

[2