光伏電站發(fā)電場區(qū)內(nèi)通訊故障的研究

光伏電站發(fā)電場區(qū)內(nèi)通訊故障的研究柴慶振中國水利水電第十三工程局有限公司摘要：大型光伏電站布置面積大，集電線路及設備繁多，再加上光伏電站施工大都施工期限較短，可能存在的設計不合理、技術人員水平偏低等因素，容易造成運行維護期間的較高故障率，使運維困難度及運維成本加大。光伏電站的站內(nèi)通訊，是監(jiān)測電站內(nèi)所有設備運行狀態(tài)的最主要的手段。但逆變器、大電流集電電纜及設備的存在，是對通訊電纜抗干擾能力的嚴峻考驗。文章分析了產(chǎn)生干擾的原因，并提出了解決方案。關鍵詞：通訊；干擾；電纜敷設間距；接地方式0引言隨著人類對地球環(huán)境越來越重視，全球能源危機越來越嚴重，開發(fā)和利用清潔的可再生能源勢在必行。太陽能發(fā)電作為一種清潔的低碳排技術，具有布置簡單及維護方便等特點，越來越受到各國的普遍關注[1]。光伏并網(wǎng)發(fā)電是太陽能光伏利用的主要發(fā)展趨勢，截止2015年，我國光伏裝機容量排在全球首位，已達17.8GW。隨著光伏電站裝機容量的不斷增大，運行維護成本及工作量的不斷增加，光伏電站正向無人值守、智能化的方向發(fā)展。大型光伏電站占地面積廣，安裝有眾多匯流箱、逆變器、變壓器等集電設備及輔助系統(tǒng)設備（電話、消防等）。在運行維護期，運維人員的日常巡檢無法將所有設備全部檢查到位，僅能每日分批、有重點的進行巡檢，此時所有設備的通訊可靠性就顯得尤為重要。本文依托阿爾及利亞233光伏電站工程，就光伏場區(qū)內(nèi)發(fā)生過的通訊故障進行分析，探討解決方案。1光伏電站內(nèi)易受干擾的長距離通訊光伏電站場區(qū)內(nèi)需要與主控室進行數(shù)據(jù)通訊的主要設備為匯流箱、逆變器及變壓器。光伏電站按1MW分為1個發(fā)電單元，每個發(fā)電單元內(nèi)的所有數(shù)據(jù)先匯集入逆變器內(nèi)通訊管理機，再通過光纖與主控室進行數(shù)據(jù)交換。電話通訊及消防探測系統(tǒng)屬于電站輔助系統(tǒng)，以阿爾及利亞光伏233電站為例，電話系統(tǒng)在每個箱變及逆變內(nèi)設有話機，消防探測系統(tǒng)在每個箱變及逆變內(nèi)設有感應探頭及報警器。1.1光伏匯流箱通訊本工程匯流箱采用RS485通訊技術，利用雙重屏蔽雙絞線將每路6-10個匯流箱連接成485網(wǎng)絡。電站施工期間，此通訊電纜采用多點接地方式，內(nèi)外屏蔽層未分開接地。逆變器房設計較為緊湊，四角均有動力電纜進線，而且工程設計中未給通訊電纜設計專用通道，導致實際施工過程中，通訊電纜與動力電纜平行間距和交叉間距不足，逆變器與箱變之間尤為嚴重。電站發(fā)電運行后，燒毀數(shù)個逆變器內(nèi)的通訊管理機，工作人員只能切斷所有匯流箱通訊。排查時，發(fā)現(xiàn)屏蔽層對地有打火現(xiàn)象。1.2變壓器室及逆變器室與主控室間的消防報警通訊在箱變及逆變室內(nèi)，裝有煙霧感應器，并在室外設有報警按鈕及警笛，采用RS485通訊與主控室進行數(shù)據(jù)傳輸。所用電纜分為24V直流電源電纜和485通訊電纜。本工程24V直流電纜采用無屏蔽層的2X2.5mm2平行電纜，通訊電纜采用2x1.5mm2單屏蔽平行電纜，設計中與30KV共溝直埋敷設，間距200mm。在實際施工中，無法避免的很多地方間距小于此值，甚至有貼在一起的情況。電站并網(wǎng)運行后，出現(xiàn)大量誤報、警笛亂響等現(xiàn)象，只得將其關閉，查找問題原因。1.3主控室與方陣內(nèi)箱變及逆變房的電話通訊本工程電話電纜采用HBV-2x0.5mm2電話線，與消防電纜敷設方式相同，均為與30KV電纜同溝直埋敷設，間距200mm。在電站并網(wǎng)運行后，除臨近中控室的幾個箱變逆變內(nèi)的電話機可勉強正常通訊外，其余大部分電話的鈴聲間歇性響動，無法播出和接收電話。2產(chǎn)生干擾的原因2.1電纜敷設方式及選型匯流箱通訊電纜宜用雙重屏蔽雙絞線[2]，可有效屏蔽電磁干擾。本工程中采用此通訊電纜連接匯流箱組成RS485通訊網(wǎng)絡，在進入逆變器室時，采用成束與動力電纜并行進入逆變器內(nèi)，無專用通道，且與動力電纜間幾乎緊貼。在《GB-50311-2007綜合布線工程規(guī)范》中，對電纜間距的規(guī)定見表1。逆變至箱變的動力電纜為315V，功率最高峰時每根電纜上有近200A的電流，據(jù)表1中規(guī)定可知，通訊電纜與其平行敷設間距應大于600mm，在本工程實際施工中遠未達到此要求。類別與綜合布線接近狀況最小間距(mm)380V電力電纜％2kV·A與纜線平行敷設130有-方在接地的金屬線槽或鋼管中70雙方都在接地的金屬線槽或鋼管中①10①380V電力電纜2～5kV·A與纜線平行敷設300有-方在接地的金屬線槽或鋼管中150雙方都在接地的金屬線槽或鋼管中②80380V電力電纜>5kV·A與纜線平行敷設600有-方在接地的金屬線槽或鋼管中300雙方都在接地的金屬線槽或鋼管中②150表1380V電力電纜與綜合布線間距消防系統(tǒng)中的24V直流電源電纜與電話線相同，均未有屏蔽層。消防通訊電纜為單屏蔽平行電纜，且與30KV電纜共溝直埋。在《GB-50217-2007電力電纜敷設規(guī)范》中，對高壓電纜直埋的規(guī)定為：35KV和0.4KV電力電纜與通訊電纜（光纖及485等通訊電纜）之間的凈距，平行時0.5m，交叉時0.5m。在本工程中，設計間距不足，且電話及消防電源電纜附近有干擾源情況下，無屏蔽層，導致在電纜上產(chǎn)生了很強的干擾交流電。2.2通訊電纜接地方式匯流箱通訊采用雙重屏蔽雙絞通訊電纜，在電力電纜敷設規(guī)范中對此種電纜接地[3]描述如下：雙重屏蔽或復合式屏蔽，易對內(nèi)、外屏蔽分別采用一點、兩點接地。本工程施工期間，將內(nèi)外屏蔽層作為一層采用單端接地，無法充分發(fā)揮雙重屏蔽層抗干擾的優(yōu)勢，在電磁干擾較大時力所不及。2.3設備間接地的不連續(xù)工程施工中，由于工期緊張及工作人員的疏忽大意，可能造成匯流箱所在支架接地未與逆變、箱變所接接地網(wǎng)連好，以致地電位間存在電位差。無論匯流箱通訊還是消防485的通訊，在其各個節(jié)點上都會因動力電纜的存在而產(chǎn)生干擾電磁場。這些因素致使在通訊電纜上產(chǎn)生了共模干擾，當共模干擾的電壓達到大于12V或小于-9V，超過485總線的極限接受電壓時，接收器將無法正常工作，甚至燒毀芯片和通訊設備。2.4通訊接線的不規(guī)范或不正確通訊電纜接線時應盡量保證其屏蔽層的長度，若僅為了布線方便，將其屏蔽層剝除過長，在逆變器的高頻干擾及電力電纜、母線的低頻干擾下，必嚴重影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。通訊電纜接地線連接不牢固、虛接、接錯甚至未接等都將造成無法正常通訊甚至燒毀通訊設備的后果。3消除干擾的方法3.1電纜重新選型、布置，遠離干擾源本工程中，電話線和消防電纜在與30KV電纜同溝直埋時，電纜間距不足，且考慮到電纜溝已回填完畢，因此需將電話線和消防電纜另尋路徑敷設，使其與30KV電纜分開，保證平行敷設距離大于1米，交叉大于0.5米。不帶屏蔽的電話線由帶屏蔽層的網(wǎng)線代替敷設，消防24V電源電纜改為直接在逆變器內(nèi)引24V電源，不再由中控室提供電源，改用單屏蔽平行電纜敷設，消防通訊電纜改用雙重屏蔽雙絞線敷設。3.2更改電纜屏蔽層接地方式對于雙重屏蔽雙絞線，外屏蔽層采用多點接地方式，即在每一個設備節(jié)點上接地，一方面用于屏蔽電磁干擾，另一方面做接地線，將設備間地電位拉平，抑制共模干擾。內(nèi)屏蔽層采用單端接地方式，即僅在信號接收端統(tǒng)一接地，并保證接地的可靠性。其余單屏蔽通訊電纜均采用單端接地方式。3.3改進485通訊能力a.加裝EMI濾波器和匹配電阻[4]。RS485總線隨著傳輸距離的延長，會產(chǎn)生回波反射信號，如果485總線傳輸距離超過100米，可加裝EMI濾波器和120歐姆匹配電阻，能有效抑制高頻和回波信號，但對工頻干擾無能為力。若線路較長且僅為在通訊線路末端位置的通訊設備不能正常通訊時，可只在485A與485B之間跨接120歐姆匹配電阻即可。b.加裝RS485光電隔離器[5]。此隔離器能防雷電和抗靜電放電沖擊，并大大降低電磁干擾，延長通訊距離，減少回波反射，保護通訊設備。3.4檢查光伏場區(qū)接地網(wǎng)必須確保逆變器變壓器室之間、各發(fā)電單元間、各光伏板支架間及光伏板支架與大地網(wǎng)間接地的良好性、可靠性，消除地電位的影響。4結(jié)論大型光伏電站因其固有的特點，通訊干擾在所難免，但優(yōu)化工程設計、提高施工質(zhì)量可大大減少干擾源，降低電站運維期的維護成本。a.電纜敷設應嚴格按照國家標準相關規(guī)定敷設，間距應保證只大不小。b.電纜的選型應充分考慮現(xiàn)場實際狀況及抗干擾能力，RS485通訊宜采用雙重屏蔽雙絞線，其余廠區(qū)通訊電纜可視情況改為網(wǎng)線或光纖。c.發(fā)生通訊故障時，應對所有可能影響通訊質(zhì)量的因素逐個排查處理，適當增加輔助設備可提高通訊可靠性。d.可選擇4G通訊[6]等先進無線通訊技術。4G通訊作為新型通訊技術正逐步運用至大型光伏電站中，但其作為新技術成本較高，系統(tǒng)的抗干擾能力還有待提升，現(xiàn)只適用于規(guī)模較小，自動化程度較高的光伏電站。5結(jié)束語隨著光伏電站建設規(guī)模的不斷增加，無人值守、智能化光伏電站成為發(fā)展的趨勢，后期光伏電站建設中通訊技術的研究就顯得尤為重要。希望本文能給設計和施工人員一點幫助。參考文獻：[1]沈輝，舒碧芬，聞立時,我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展機遇與戰(zhàn)略對策,\o"中國儲能電池與動力電池及其關鍵材料學術研討會"中國儲能電池與動力電池及其關鍵材料學術研討會,2005(6):430-432.[2]黃家平，屏蔽雙絞線的干擾耦合特性研究，電子測量技術，2009（32）：1-2.[3]張瑩，電纜屏蔽層接地方式及抗干擾分析，理論與方法，2010（11）：29-30.[4]邱智民,RS-485總線抗干