【华为&鉴衡认证】电力行业：光伏电站智能安全技术白皮书

安全，则是光伏行稳致远的根基。光伏电站安全涵盖电气安全、并网安全、供电安全、网络信息安全、生态安全等方面。其中，与人身和财产安全息息相关的电气安全最受关注，也至为重要。传统的光伏电站安全防护通常围绕“全方位”、“无死角”、“快响应”的理念进行设计、强调管理制度的科学性与应对反应的及时性。

光伏电站安全中，电气安全事故发生频次最高、也最为复杂，对人员、设备及电站均构成威胁，需要整个行业携手应对。宏观上，应建立全局视角，端到端审视与分析各关键节点、链路的安全风险；微观上，需要对各种安全事故发生的根因进行深入剖析，有的放矢管控风险。光伏电气安全的故障源点和形式具有多、散、杂的特点，任何一块组件或一台设备及其电气连接，均可能成为故障源点并发生不同形式的安全事故。

接地故障是目前电站安全首当其冲的问题。在光伏电站中，光伏组件-汇流箱（如有）-逆变器-箱变之间的线缆大多为直接埋地铺设，而光伏组件、接线盒、直流电缆、汇流箱、逆变器、交流电缆、接线端子等各环节易出现绝缘层破损并与地面接触，引起输电导线对地绝缘下降。一旦形成漏电回路，将会造成局部发热或者电火花，严重时甚至会引发火灾等严重后果。

针对接地问题，电站系统采取了一系列防范措施。当电站直流侧系统发生接地故障时，逆变器应能够检测出正极或负极绝缘异常，并通过光伏电站部署的通信系统，将故障信号发送至电站中央控制室的监控后台。随着光伏电站逆变器直流组串接入回路数快速增加，传统集中式和组串式逆变器无法定位故障点具体组串位置，因此后续的故障点查找需要大量人工完成，尤其是在沙戈荒、流域、水面等复杂场景，运维更加困难，效率更低。

在电气安全中，绝缘故障是主要的安全风险之一，绝缘失效大多是由于电场、热、化学等因素综合作用下，绝缘材料的绝缘性能降低，导致绝缘性能破坏。绝缘失效的主要表现形式为绝缘击穿，当施加于电介质的电场强度高于临界值或者在一定电场强度下，电介质由于环境等影响，绝缘电阻值低于临界值，通过电介质的电流会突然猛增，使绝缘材料的绝缘性能被破坏，丧失绝缘能力，这种现象通常也称为电介质击穿，最终导致火灾等严重后果。

通常情况下，传统集中式逆变器防护等级为IP54，传统组串式逆变器防护等级为IP65。在运行或者运维过程中，难以避免会由于水汽、灰尘、盐雾等进入逆变器降低了爬电距离，导致逆变器单板/模块绝缘水平大幅降低，绝缘失效/过热，进而引发打火，造成整体逆变器烧毁。

由水汽导致的凝露现象是光伏电站最为常见的绝缘故障之一。为了避免运行时温升导致的腔内腔外气压不一致，逆变器会设置透气阀，透气阀同样也只能防水，不能防水蒸气。光伏电站逆变器都是在白天开机运行，随着设备腔内温度升高，由于热胀冷缩内部压力升高，逆变器内部器件中吸收的水份会变为水蒸气，当夜晚来临时，逆变器由于太阳辐照降低停止运行，腔内温度降低，如果达到露点温度就会在逆变器腔内凝结成水，进而导致元器件的绝缘故障，带来安规失效风险。

光伏电站中涉及大量的端子连接，端子接触不良引发的故障也是常见的电站安全问题。以一个100MW电站为例，电站共有7000多个组串，需要14000多个直流端子连接。导致端子接触故障的原因包括，在端子生产过程中因加工不到位会导致金属芯压接不良，在电站施工阶段因操作不规范会导致端子插接不到位，在电站运营阶段由于外力导致端子接触点之间产生应力从而造成端子虚接。

以数据为核心，以通讯网络、数据处理、智能诊断等技术为载体或支撑，实现光伏产业数字化、智能化转型已是大势所趋。借肋数字化技术，重构光伏发电的安全设计，实现光伏发电主动安全，是产业未来健康发展的内在需要。

目前，光伏发电智能安全方面的技术已得到初参应用，华为率先推出的直流智能组串分断、直流拉弧智能检测、IV在线扫描和诊断等与智能安全相关的技术已被行业认可井得到应用。围绕“自感知、自诊断、自堆护、自调控”的智能化需求，智能安全技术开发和应用的路还很长。下一步，需要产业协同，一是做好智能安全系统的]而层设计:二是做好基础研究和底层支撑技术的开发和应用，共同打造高质量的光伏电站，加速光伏成为主力能源”和“优质能源”，助力碳中和目标早日实现。