电站火灾的报道，给所有的行业人士，尤其是从事分布式、户用光伏电站建设等相关人士敲响了警钟!
在分【fèn】布式中【zhōng】，很多用户【hù】都不【bú】知道，采【cǎi】用【yòng】串型逆变器实际【jì】上是在屋顶上引进了一【yī】根600-1000V的高压电缆!据统计80%以上【shàng】的电站着【zhe】火是因为直流侧的故【gù】障【zhàng】，那么【me】如何避免由于直流拉弧带来【lái】的火灾隐患呢?
直流电弧
起因和破坏力
直流电【diàn】弧是一种气体放电现象，可以【yǐ】理解为绝缘情况下产生的【de】高强度瞬时电【diàn】流。根据【jù】文献报道：当用电开关断开【kāi】电流或接触不良时，如果电路电压【yā】不低于20伏，电流【liú】不小【xiǎo】于80-100mA，电器的触【chù】头间【jiān】便会产【chǎn】生直【zhí】流电弧【hú】。
跟交【jiāo】流电弧不一样的是，直流电弧没【méi】有过零点【diǎn】，意味着如【rú】果发【fā】生【shēng】了直流电弧【hú】，触发部位会维持相当长一段【duàn】时间稳定燃烧【shāo】而不熄灭。实际电站中【zhōng】，接头没有拧紧【jǐn】导致的【de】接触不【bú】良、接触件质量问【wèn】题【tí】、运行时间久带来【lái】的绝缘部【bù】位老化等问题【tí】都会直【zhí】接造成直流电弧现象。不难看【kàn】出，随着电站的运行时间【jiān】增加，出现直【zhí】流【liú】电弧的概【gài】率【lǜ】也会【huì】增加。
直流电弧产生【shēng】的高温轻【qīng】易超过3000℃，能够直接导致起火。综合【hé】国内外【wài】的案例和数据【jù】，直流电【diàn】弧【hú】俨然已经成为引发电站【zhàn】火灾的头号杀手。
直流电弧
发生的概率
不考虑其他接触件以及绝缘部位，在一个10MW的分布式电【diàn】站中【zhōng】，光接触点【diǎn】便【biàn】超过了80000个，它们【men】时刻存在发生直流电弧的可【kě】能性。即便在【zài】25年的电站运行时间【jiān】中只有1/1000的接触点发生直【zhí】流电弧，这个【gè】电【diàn】站也会发生80次【cì】直流电弧【hú】事件，引【yǐn】起火【huǒ】灾的概【gài】率非常之高。
电弧检测装【zhuāng】置包含电弧检测功【gōng】能及关断功【gōng】能【néng】，但该装置一般只能断开整【zhěng】个系统的连接。对于【yú】串型系统来说，组件之【zhī】间是串联关系，只要【yào】有【yǒu】光照，组【zǔ】件就会发电，每一串中的直流高【gāo】压依【yī】然存在，并不能真正解【jiě】决直【zhí】流高【gāo】压。只有增加组件【jiàn】级别的关【guān】断功【gōng】能，才【cái】能在系统检测到电【diàn】弧时，断开每一【yī】块组【zǔ】件的连接，确保系统无【wú】直流高压。
另【lìng】外，在【zài】光伏系【xì】统中【zhōng】产生的电弧可分为正常电弧和非【fēi】正常电弧。断路【lù】器的【de】正【zhèng】常关断【duàn】等引起的电弧为正【zhèng】常【cháng】电弧【hú】。电线老化、接触不良问原因引起【qǐ】的电弧为非正【zhèng】常电弧【hú】。这就表【biǎo】示电弧【hú】检测装置需要正确分辨“好弧”和“坏弧【hú】”。因为存【cún】在着这样的复杂因素【sù】，所以也给电弧的检【jiǎn】测带来了难度，对检测的【de】方式【shì】和【hé】计算方法提出了更高的要求。电【diàn】弧的发生及其特性也【yě】极为复【fù】杂，很难预测和考【kǎo】虑到各【gè】种状况。
直流电弧
解决与改善
方案一：微型逆变器方案
目前，在欧美等发达国家，越来越多的屋顶光伏系统都【dōu】采【cǎi】用微型逆变器取代【dài】传统【tǒng】的组串型逆变【biàn】器。微型逆变器为全【quán】并联电路设计，组件之间不再【zài】有【yǒu】电压叠【dié】加，直流电压小于60伏(不高于组件最【zuì】高【gāo】输出直流电【diàn】压)，彻底解决了由于高【gāo】压直流拉弧引起火【huǒ】灾的风险，同时也解决了当房屋起【qǐ】火时，因光伏电【diàn】站【zhàn】而阻碍了施救【jiù】的【de】问【wèn】题。
该【gāi】方案的初始投资成本较高，但由【yóu】于国外【wài】诸多安规限制，加上人工【gōng】费用【yòng】的节省，使得微型逆【nì】变器【qì】系统方案成本【běn】与组串逆【nì】变器系统基本持平，甚至由【yóu】于10年的质【zhì】保、易【yì】维护及【jí】多发电的优势【shì】，成为【wéi】欧美国家民用系统【tǒng】(<10kW)的首选产品。
方案二：优化器方案
优化器系统具有组件级【jí】远程监控、关断【duàn】、MPPT功能，虽然【rán】不【bú】能直接【jiē】解决直流高压问题，但【dàn】在发【fā】生火灾【zāi】之后能够关断每块组件的【de】直流输出【chū】，不会威胁到消防员的【de】人身安全【quán】。当【dāng】逆变器与【yǔ】电网断开时，交流端【duān】输出为0V时【shí】，直【zhí】流优【yōu】化器会自动切断连接，实现组件级别的关【guān】断，相当【dāng】于一块组件加连接了一个【gè】关断器，真【zhēn】正意【yì】义上的【de】消除了【le】组件串联形成【chéng】的直流高【gāo】压。
优化【huà】器系统【tǒng】整体成本较微型【xíng】逆变器系统【tǒng】更【gèng】低，后期易维【wéi】护【hù】及多发电【diàn】，受到美国【guó】和欧洲多个【gè】国家的欢迎。另外，该方案不仅【jǐn】可用于民用系统【tǒng】，也广泛应用于【yú】商用甚至大型地面电【diàn】站【zhàn】中。
方案三：改良版组串逆变器方案
● 组【zǔ】串逆变器设计修【xiū】改：直接装在组【zǔ】件支架上【shàng】，缩【suō】短直流线尺寸，降低直流【liú】拉弧的可能性及减少用户接【jiē】触直流高压电【diàn】缆;
● 组串【chuàn】逆变器直流电缆【lǎn】外额【é】外保【bǎo】护套【tào】，直流【liú】电缆不裸露【lù】;额外增加部分成本;
● 直流电缆超过1.5米间隔需安装物理性关断开关;
● 增【zēng】加直流电弧【hú】检测【cè】装置，但正如上文【wén】所说的，组件级别的快【kuài】速【sù】关断才能解决直流高压问题。
