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!
在分布式【shì】中【zhōng】，很【hěn】多用户【hù】都不【bú】知道，采用【yòng】串【chuàn】型【xíng】逆变器【qì】实际上【shàng】是在【zài】屋顶上【shàng】引进了一根600-1000V的高压电缆【lǎn】!据【jù】统计80%以上的电站着火是因为直流侧的故障，那么如何【hé】避免由于直流拉弧带来的火【huǒ】灾隐患呢?
直流电弧
起因和破坏力
直【zhí】流【liú】电弧是一种【zhǒng】气体放电现象，可【kě】以【yǐ】理【lǐ】解【jiě】为绝【jué】缘【yuán】情况下产生的高强度瞬时电流。根据【jù】文献报道：当用电开关断【duàn】开【kāi】电流或接触不良时，如果电路电压不低于【yú】20伏，电【diàn】流不小于80-100mA，电器的触头间便会产生【shēng】直【zhí】流【liú】电弧。
跟交流电弧不一【yī】样的【de】是，直【zhí】流电弧没有过零【líng】点，意味着如果发生了直【zhí】流电弧，触发【fā】部位会维持相当长一段时【shí】间稳定燃烧而不熄【xī】灭。实际电站中，接头【tóu】没有【yǒu】拧紧导致的接触【chù】不良【liáng】、接【jiē】触件【jiàn】质量问题、运行时间久【jiǔ】带【dài】来的绝【jué】缘【yuán】部【bù】位老化等问【wèn】题都会直接造成直【zhí】流电【diàn】弧现象。不难看出，随【suí】着电站的运行时间增加，出现直流电弧的【de】概率也会【huì】增加。
直流电弧【hú】产生的高温轻易超过3000℃，能够【gòu】直接导【dǎo】致起【qǐ】火【huǒ】。综合国内外的【de】案例和数据，直【zhí】流电弧【hú】俨然【rán】已经成为引发【fā】电站火灾的头号杀手。
直流电弧
发生的概率
不考虑【lǜ】其他接【jiē】触件以及绝【jué】缘部位，在一个10MW的分布式电站中，光接触点便超【chāo】过了80000个，它【tā】们时刻存在发【fā】生直流电【diàn】弧的可能性。即【jí】便在25年的电站运行时间中【zhōng】只【zhī】有1/1000的【de】接触点发生直流电弧，这个电站也会发【fā】生【shēng】80次直【zhí】流电弧事件，引【yǐn】起【qǐ】火灾的【de】概【gài】率非常之高。
电弧【hú】检测装置包含电【diàn】弧【hú】检测功能及关【guān】断【duàn】功能，但该装置一【yī】般只能断开整个系统的连接。对于串型系【xì】统来说，组件【jiàn】之间是串【chuàn】联关系，只要有光照【zhào】，组件就【jiù】会发电，每一串【chuàn】中的【de】直【zhí】流高压依然存在，并【bìng】不能【néng】真正解决直【zhí】流高压。只有增加【jiā】组件【jiàn】级别【bié】的关断【duàn】功能，才能在【zài】系统检测到电弧时，断开每一块组【zǔ】件的连【lián】接，确保系统无直流高【gāo】压。
另外【wài】，在光伏【fú】系统中产生的电弧可分为正常电弧【hú】和非正常电【diàn】弧。断路器的正常关【guān】断【duàn】等引【yǐn】起【qǐ】的电【diàn】弧为正常电弧。电线老【lǎo】化【huà】、接触不良问原因【yīn】引起的电弧【hú】为非正常电弧。这就表示【shì】电弧【hú】检测【cè】装【zhuāng】置需要正确【què】分辨“好弧”和【hé】“坏弧【hú】”。因为存在着这样的【de】复杂因素，所以也给电弧的检【jiǎn】测带来了难度，对检测的方式和【hé】计算方法提出了【le】更高的要求【qiú】。电弧的发生及其【qí】特性也【yě】极【jí】为复杂，很难【nán】预【yù】测【cè】和考虑到各种状况。
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采用微【wēi】型逆变器取代【dài】传统的组串【chuàn】型逆变器。微型逆变器【qì】为全【quán】并联电路设计，组【zǔ】件之间【jiān】不再有电压叠加，直流电压小于60伏(不高【gāo】于组件【jiàn】最高输出直流电压)，彻【chè】底解决【jué】了由于高压【yā】直流拉弧引起火灾【zāi】的【de】风险，同【tóng】时【shí】也解决了当房屋起火时，因光伏【fú】电站而阻碍了施救【jiù】的【de】问【wèn】题。
该方案的初始投资成本较高，但由于国外诸多安规限制，加【jiā】上人工费用【yòng】的节省，使得微型逆【nì】变器【qì】系【xì】统【tǒng】方案成本与组串逆变器系统【tǒng】基本持平，甚至由【yóu】于【yú】10年的【de】质保【bǎo】、易维护及【jí】多发电的优势，成【chéng】为【wéi】欧美国【guó】家【jiā】民用系统(<10kW)的首选【xuǎn】产品。
方案二：优化器方案
优【yōu】化器系【xì】统具有组件级远程监控【kòng】、关断、MPPT功能【néng】，虽然不【bú】能直接解决【jué】直流高压问题，但在发生火灾之后能够关断每块组件的直流【liú】输出【chū】，不会威胁到消防【fáng】员的【de】人身安全【quán】。当逆变器与【yǔ】电网断开时，交流端输出为【wéi】0V时，直流优化器会【huì】自动切断【duàn】连接，实现【xiàn】组件级【jí】别的关断，相当于一块组件加连接了【le】一个【gè】关断器，真正意义上的消【xiāo】除【chú】了组件串【chuàn】联【lián】形成的直【zhí】流【liú】高【gāo】压。
优化器系统【tǒng】整【zhěng】体成本较微型逆变器系统更低，后期易【yì】维护及多发【fā】电，受【shòu】到美国和欧洲【zhōu】多【duō】个国家的欢迎【yíng】。另外，该【gāi】方案不仅可【kě】用【yòng】于民用系统，也【yě】广泛应【yīng】用于商用甚【shèn】至大型地【dì】面电站中。
方案三：改良版组串逆变器方案
● 组串逆变器设【shè】计修改：直接装在组【zǔ】件支架上，缩短直流线尺寸，降低直流拉【lā】弧的【de】可能性【xìng】及减少用户接【jiē】触直流【liú】高【gāo】压电【diàn】缆;
● 组串逆变器直流电【diàn】缆外【wài】额外保护套，直【zhí】流电缆不裸露;额外增加部分【fèn】成本;
● 直流电缆超过1.5米间隔需安装物理性关断开关;
● 增加直流电【diàn】弧检【jiǎn】测装置，但正【zhèng】如上文【wén】所说的，组【zǔ】件级别的快速关断才能解决直流【liú】高压问题【tí】。
