如何修复光伏(PV)系统的接地故障？

作者：Will White，福禄克高级应用专家

如果确认光伏(PV)系统中存在接地故障，则必须立即处理。若未能解决，可能导致逆变器停机、性能损失、电弧故障，甚至引发火灾。一旦确定了接地故障的根源，下一步就是进行安全且符合规范的修复，以恢复系统的健康状态和完整性。

本指南介绍如何正确使用工具、个人防护用品(PPE)和成熟方法修复光伏(PV)系统接地故障的步骤。无论处理的是组串导体、模块连接器还是主干线缆，该过程都可确保可靠修复。

如何修复光伏(PV)系统的接地故障

修复光伏系统接地故障分步指南

第1步，识别故障并确认故障位置

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执行任何维修之前，请确保：

  • 已准确定位到故障的确切位置
  • 通过目检或电气方式确认故障类型(例如线缆损坏、连接器故障)
  • 执行挂牌上锁(LOTO)程序，确保维护部分处于隔离和断电状态

确认系统已断电、上锁且没有故障电流之前，切勿开始维修工作。

第2步，评估损坏类型和严重程度

接地故障的严重程度可能包括轻微导体磨损、严重绝缘熔毁乃至电弧伤害。识别：

  • 轻微损坏(例如：线缆划伤或绝缘层挤压)
  • 连接器故障(例如：熔毁或松动的模块MC4快接头)
  • 严重的热损伤(例如：线管烧毁、汇流箱烧焦)
  • 结构受损(例如：火灾损坏的模块、熔化的机架)

这决定了维修范围以及是否需要更换模块、连接器或接线。

第3步，确认电路已断电

通过“通电-断电-通电”测试验证是否存在电压或电流：

  1. 使用已知电压源(如带电电路)或验证单元(如Fluke PRV-240)对仪表进行测试。
  2. 测量故障导体或线路段，并确认无电压存在。
  3. 利用已知电压源重新测试仪表，以确认仪表的准确度和功能。

此外，在切割或分接导体前，使用钳形表(如 Fluke 393 FC, Fluke 283 FC/PV, 或 325) 确认导体电流为零。

第4步，维修或更换故障组件

A.在自由空气条件下，修复损坏的导体

对于裸露的组串导体上的轻微损坏：

  1. 使用安全等级合适的工具切除损坏的部分。
  2. 剥去导体两端的绝缘层。
  3. 按照制造商说明，将模块快接头连接至两端(正极和负极)。
  4. 将接头牢固地连接在一起。
  5. 使用符合紫外线防护标准的线缆管理硬件(如不锈钢线夹)妥善固定修复后的线缆。

重新通电前，请确认已修复电路的极性和电压。

B.更换线管内的故障导体

如果导体位于线管内：

  • 可能需要移除所有导体才能安全地取出损坏的导体。
  • 使用相同规格和绝缘类型的全新、安全等级合适的导体替换损坏的导体。
  • 使用穿线器和拉线润滑剂(如需)，将导体重新装入线管。

C.修复或更换损坏的连接器

  • 使用匹配的连接器类型(例如MC4-MC4)。
  • 检查连接器是否存在烧痕、腐蚀或变形。
  • 剪掉损坏的连接器。
  • 使用经过认证、可在现场安装的备用配件替换任何损坏的连接器。
  • 通过拉力测试和目检验证连接。

注：光伏连接器制造商具有特定的培训和安装要求，以确保现场安装的连接器符合其使用要求。请务必遵循制造商的安装说明，并接受相应的培训。

D.更换火灾损坏的设备

如果接地故障造成严重损坏：

  • 此类维修因受影响设备及损坏程度而存在显著差异。
  • 更换所有受影响的模块、接线盒、逆变器、接线等。
  • 如果模块受到影响，请使用制造商推荐的测试方法确认其完整性。
  • 如果损坏蔓延至机架或接地系统，应进行全面检查以确保设备完整性及符合规范要求。必要时更换损坏的设备。

第5步，重新测试已修复的电路

维修完成后：

  1. 使用500V–1500 V DC对修复后的导体进行对地绝缘电阻测试。
  2. 将导体重新连接至系统。
  3. 在模块组串的正负极两侧重复进行对地电压测试。
  4. 确认：
    • 组串的Voc在预期范围内
    • 光伏模块组串的正负极两侧对地电压均为0 VDC。
    • 绝缘电阻在可接受范围内(例如，>100 MΩ)

出于合规性和保修目的，记录所有测试结果。

第6步，重新启动并监测系统

重新测试后，移除上挂牌上锁(LOTO)装置，并谨慎地重新通电：

  • 按照逆变器制造商的启动程序，闭合交流和直流逆变器断开装置。
  • 监测逆变器启动过程中的故障代码
  • 在监测平台上确认预期能源产量
  • 最后一次进行实物检查，确保没有松动的连接

如果逆变器仍显示接地故障错误，请重复测试步骤。可能存在不止一个错误。

第7步，记录并存档维修过程

记录故障及维修情况：

  • 故障位置与类型(例如：模块4与模块5之间的导体被压扁)
  • 使用的工具和方法
  • 修复前后的测试数据
  • 更换部件(例如：导体类型、连接器)
  • 日期、技术人员姓名及照片(如有)

该记录适用于日常运营、安全审计及设备保修。

预防重复故障的注意事项

修复接地故障后，采取预防措施：

  • 使用适当的应力消除装置和抗紫外线等级的线缆管理方案
  • 避免将线缆布设在锐利边缘或运动部件附近
  • 密封接线盒以防止湿气侵入
  • 每年进行目检和绝缘电阻测试
  • 测试过程中使用个人防护用品——即使是小型系统

预防永远比反复维修更划算。参阅： 为什么直流接地故障很危险？

总结

修复光伏系统的接地故障是太阳能技术人员的一项关键技能。无论是由于磨损、安装不当还是环境应力所致，接地故障都可能造成严重的安全隐患并降低性能。通过采取正确步骤、使用合适工具并妥善存档，能够完成安全有效的维修，确保系统持续稳定运行。