如何定位光伏(PV)系统的硬接地故障？
作者：Will White，福禄克高级应用专家
光伏系统的接地故障会显著影响发电量，导致逆变器停机，并带来安全风险。通常，最初迹象是接地故障检测断路器(GFDI)跳闸或逆变器故障通知。无论哪种情况，时间都至关重要，需要验证故障、精确定位故障，并迅速解决问题，以使系统全面恢复运行。
得心应手的工具：Fluke GFL-1500光伏系统接地故障定位仪
定位故障最快捷且最安全的方法是使用光伏接地故障定位仪，如 Fluke GFL-1500光伏系统接地故障定位仪。该工具能够实现精确的故障识别，无需依赖猜测以及详细的场站文档或耗时的手动测试。如果对该工具尚不熟悉，可通过本文了解更多Fluke GFL-1500光伏系统接地故障定位仪相关信息。一旦找到故障，以下是安全修复故障的方法。
如何定位光伏系统硬接地故障的分步指南
开始诊断和排除故障之前，请务必遵循场站具体的挂牌上锁(LOTO)程序，并使用适当的个人防护装备(PPE)。故障识别只是第一步——最终目标是安全恢复系统运行。
第1步：分析系统以检测接地故障
首先确保直流系统未接地，且功能接地导体与地之间不存在连接。怀疑存在接地故障时，应确认故障是否存在，并确定阵列中受到影响的部分。使用GFL-1500的分析功能评估系统健康状况，并确定是否存在故障。
运行分析功能：
- 进入设置(Setup)界面，输入串联模块的数量。
- 此步骤也可在测试完成后执行：按信息(INFO)按钮并输入模块数量。
- 连接表笔：
- 红色线连接至直流正极
- 黑色线连接至直流负极
- 绿色线连接至地(接地极或接地的金属框架)
- 按测试(Test)按钮，运行分析功能。
该工具将测量：
- 正极至负极之间的开路电压
- 正极对地和负极对地电压
- 估算故障电阻范围(如果检测到接地故障)
如果输入了正确的模块数量，定位仪将估算故障在组串中的大概位置。
可能的结果：
- 硬接地故障：存在低电阻接地故障。
- 未检测到故障：测试期间未发现对地电压。
- 高电阻故障：可能存在故障，但电流不足以触发接地故障断路器(GFDI)跳闸。
- 高电容和高电阻：系统条件(例如长距离接线)导致无法得出明确结论。
第2步：确定跟踪故障的方向
接下来，利用分析结果确定注入跟踪信号的最佳方法。可选择从阵列的正极或负极发送信号。
方法如下：
- 根据工作流程，通常选择对地电压最高的一侧最为理想。例如，如果正极对地电压为200 VDC，负极对地电压为800 VDC，则应在负极侧注入信号。
- 例外情况：如果一侧对地电压显示0 VDC，则可能表明主干导体存在故障。这种情况下，最简便的方法可能是将信号注入0 VDC侧，以便从该点开始跟踪故障。
第3步：确定信号模式
跟踪信号可通过两种不同模式注入：阵列模式和设备模式。选择用于跟踪故障的一侧(正极接地或负极接地)的电压高于30 VDC时，应使用阵列模式。查找发射器屏幕上是否有危险电压图标，该图标表示电压高于30 VDC。这是故障跟踪的默认且推荐模式。选择用于跟踪故障的一侧的电压低于30 VDC时，应使用设备模式。例如，在发生干线故障的情况下，如果信号被注入至0 VDC侧。查找发射器屏幕上是否存在危险电压图标。按下发射器上的MODE(模式)按钮可在不同模式之间切换。
第4步：使用故障功能跟踪接地故障位置
确认存在故障后，选择跟踪方向并选定信号模式，使用故障功能注入低电流信号。使用接收器或夹钳沿故障路径跟踪，以确定故障的确切位置。
跟踪过程：
- 从选定的一侧注入故障信号。
- 识别故障支路。
- 接收器可在电路一侧断开连接时使用(例如在正极侧的某组并联连接上断开保险丝)。
- 夹钳可直接夹在支路对上(正负极同时测量)，无需断开连接。
- 精确定位故障。
- 接收器可在电路一侧断开的情况下使用。或者，可以将发射器移动至故障支路。
- 使用接收器沿组串跟踪信号路径，或在噪声较大且电容较高的环境下使用夹钳——当无法清晰跟踪信号路径时可采用此方案。
- 使用夹钳时，按下BP按钮激活BP滤波器以优化信号显示。该功能仅在发射器处于阵列信号模式时有效。
- Fluke GFL-1500接收器在故障跟踪过程中有声音(蜂鸣声)和视觉(LED指示灯闪烁)双重提示。接近故障位置时，蜂鸣声/闪烁频率会逐渐增强。
准确故障跟踪技巧
- 打开外壳或接触导体前，请确保系统已按要求断电。
- 请务必确认测试线已连接牢固。
- 确保直流系统未接地，且任何导体与地之间均无连接。
- 如果信号跟踪变得不明晰，且在多个支路上均检测到信号：
- 再次确认信号是从哪一侧注入的
- 验证测试组串是否与并行支路隔离
- 尝试在激活BP滤波器的情况下使用夹钳。发射器信号必须处于阵列模式。
后续步骤定位故障只是第一步。既然已知晓问题所在，现在是时候安全地进行维修了。
总结：找出故障仅是成功修复的一半
定位太阳能光伏系统硬接地故障的位置，是恢复系统性能和保护设备的关键第一步。通过系统地分析对地电压并跟踪故障路径，可隔离问题，而无需反复试验。
但请记住，成功定位故障并不等于解决了问题。一旦发现故障，必须安全断开电源，检查损坏的导体或组件，并根据场站安全规程和电气规范对故障部件进行维修或更换。
接地故障不仅会降低电站收益，还会对设备和安全构成风险。因此，快速准确的故障识别加之恰当维修，是更大限度减少停机并恢复预期系统性能的关键所在。
