如何检测断电的光伏系统的接地故障？

作者：Will White，福禄克高级应用专家

并非所有接地故障都发生在通电电路。在光伏(PV)系统中，故障可能发生于长距离的主干导体、汇流器或交流侧(系统可能因维护或隔离而关断)。在上述情况下，技术人员需要使用安全、可靠的方法来测试断电电路的接地故障。

本文分步骤介绍如何隔离、测试和识别断电光伏电路的故障，同时保护设备和人员。

如何检测断电的光伏系统的接地故障

何时应对断电电路进行测试？

在以下情况下可进行断电测试：

  • 怀疑汇流器与逆变器之间的接线存在接地故障
  • 正在系统的交流端进行测试，例如从逆变器输出端到并网点之间的部分。
  • 模块级电子设备已安装就位，电路可在测试前断开

在上述情况下，绝缘电阻测试成为故障检测的主要方法。

了解带电测试： 如何测试光伏(PV)组串的间歇性接地故障？

断电状态下检测光伏电路接地故障的分步指南

第1步，隔离并挂牌锁定电路

开始任何测试之前，必须确保导体已完全断电，且不会意外重新通电。

  • 开路电路两端的全部额定负载断开式切断装置。
  • 在每个断开处安装上锁/挂牌(LOTO)装置。
  • 每个上锁/挂牌(LOTO)装置上应标注：
    • 技术人员姓名
    • 电话号码
    • 日期和时间
    • 正在执行的工作

未确认之前，切勿假定导体处于断电状态。

第2步，进行“通电-断电-通电”试验

这一关键的安全步骤可确认电路确实断开——且测试设备运行正常。

  1. 通电测试——利用已知带电电源测试仪表或测试仪(例如 (e.g., the Fluke PRV240检验设备)。
  2. 断电测试——测试光伏(PV)电路。读数应为0伏特。
  3. 再次通电——利用已知带电电源重新测试以验证仪表的准确性。

跳过上述测试可能导致电路仍带电时面临严重的电弧风险。

第3步，拆除负载并隔离导体

从电路两端的端子上拆下导体。这样可确保：

  • 所有导体之间彼此隔离
  • 所有导体与任何电子设备、浪涌保护装置或内部电阻相隔离
  • 将任何接地导体(例如交流中性线)与其母线相隔离

重要事项：

  • 请勿通过电子设备或浪涌保护装置测试绝缘电阻。请先断开连接，否则可能造成永久性损坏。
  • 在测试过程中，使用接线螺帽或胶带保护裸露的端头(与测试线所连接位置相对的导体端头)。

第4步，测试前进行目检

查找可能表明存在接地故障的损坏迹象：

  • 烧痕、绝缘气泡或变色
  • 导体插入线管处出现磨损
  • 接线盒有腐蚀或受潮的迹象
  • 连接松动或端接不良

预先修复可见损坏可节省测试时间。

第5步，进行绝缘电阻测试

现在，通过施加高测试电压并测量对地电阻来测试每根导体是否存在绝缘击穿。

推荐工具：Fluke 1587 FC 绝缘万用表, 1537 绝缘电阻测试仪, or SMFT-1000 光伏测试仪

  1. 将测试仪调至合适的测试电压(对于光伏应用，一般为直流500 V、1000 V或1500 V)。
  2. 连接：
    • 将红色测试线连接至导体一端
      1. 如果导体的另一端未连接至断开处的端子，请确保用接线螺帽或电工胶带将其隔离。
    • 将黑色测试线接地(金属外壳，GEC或框架)
  3. 记录绝缘电阻(单位为兆欧)。

通过标准(典型情况，但应始终咨询制造商或根据所要求的标准，如NFPA 70B或ANSI/NETA MTS)：

  • 1,000 MΩ = 绝缘性能极佳
  • < 20 MΩ = 需一步调查
  • < 1 MΩ = 可能存在接地故障

请勿在未将接地导体(如交流中性线)与接地连接隔离的情况下对其进行此测试。

第6步，比较结果并识别异常值

分别测试电路中的每根导体。查找：

  • 明显较低的电阻值
  • 稳定和可重复的数值(非虚电压)
  • 进行多次测试均一致的结果

对地电阻最小的导体可能是故障路径。

确认：

  • 交换测试线并重复测试
  • 检查整个导体线路是否存在明显故障

如果可能的话，将导体分成几段，重复上述过程以缩小位置范围。

第7步，导体间测试(选做)

除了从导体至地的测试外，还可以在导体间进行测试：

  • 正极-负极
  • L1 to L2, L2 to L3, L1 to L3
  • 中性线与L1、L2和L3之间

虽然对于大多数故障来说，不需要进行上述测试，但该测试有助于检测导体间的并联电弧故障或尚未到达地的绝缘击穿。

第8步，记录所有结果

维修前应记录：

  • 每根导体的测试电压及对应结果
  • 测试条件(例如，干燥、潮湿、环境温度、湿度)
  • 目检发现
  • 挂牌上锁(LOTO)记录

上述文档记录有助于保修验证、未来维护和保险审计。

修复完毕后， 再次进行绝缘电阻测试，确认故障已排除。

如果未发现故障怎么办？

如果所有绝缘电阻值都很高，并且没有明显的损坏存在：

  • 尝试在潮湿条件下进行测试，这时更容易出现间歇性故障
  • 重新连接和监测未来的GFDI或逆变器跳闸情况
  • 测试上游(朝向阵列)或下游(朝向并网点)

有时，故障发生在与最初怀疑之处不同的位置。使用测试数据和系统日志来指导后续步骤。

总结

测试断电电路的接地故障需要仔细规划，适当隔离和正确工具。通过遵循有条不紊的过程，太阳能技术人员可检测到利用其他方式可能无法检测到的故障，从而保护人员安全，保障光伏系统性能。