光伏连接器故障研究.docx

    光伏连接器故障研究    摘要：光伏连接器作为太阳能组件间连接的重要部件，其质量的可靠性对直流稳定输出及安全生产至关重要本文探讨了光伏连接器故障的三大原因，提出了保障连接器可靠运行的措施，以期给光伏电站投资建设和安全运维给予指导，同时带来更大收益关键词：光伏连接器；故障；金属电阻；密封性0引言光伏电站的设计寿命一般为20-25年[1]，光伏连接器作为太阳能组件间串联连接的部件，承担着电气连接、机械连接和电能传输的重要作用[2]，其可靠性直接影响到电站发电量的多少和收益由于光伏连接器成本占整个光伏电站投资不超过0.4%，在系统设计和部件采购中容易被忽视统计某50MW光伏电站一个月内光伏连接器故障多达23次，甚至发生连接器烧毁导致火灾事故，对电站正常运行带来严重的安全隐患通过对光伏连接器故障原因分析研究，提出保障连接器安全可靠运行的措施，对提高光伏电站稳定发电和收益具有重要意义1光伏连接器结构原理通过对不同品牌的光伏连接器剖面观察，其内部结构基本一致，如图1所示连接器公母头连接主要是由两端压接部分和中间部分构成，其中两端压接部分电阻记为R12，中间部分电阻记为R34连接器发生火灾的原因在于电流流通连接器时，公母头接触处电阻增大导致温度升高，当温度高于连接器塑料外壳燃点时从而引发火灾。

因此，连接器电阻增大是导致其着火的直接原因2光伏连接器故障分析收集不同品牌故障光伏连接器样品分析，下面从理论上分析连接器电阻增大的原理，如下图2所示2.1公母头金属电阻公母头是连接器组成的主体，公母头两端压接部分和中间部分金属是连接器电流流通的路径，金属稳定的电阻是保障连接器正常工作的基础通常连接器的电阻R由3部分组成，即公母头两端压接部分电阻R12，中间接触部分电阻R34及金属件内阻金属件内阻在正常情况下变化较小，可忽略不计，下面从R12和R34进行分析1）压接电阻R12连接器压接电阻R12主要与压接质量和施工工艺有关，从压接剖面可以判断公母头金属和光伏电缆压接质量的好坏质量好的压接工艺，光伏铜芯压接整齐严密，如图3所示；质量差的压接工艺，光伏铜芯稀疏甚至铜丝被压断，如图4所示压断的铜丝较多，其电阻值增大，从而影响通流质量造成连接器温度升高，最终导致火灾发生2）接触电阻R34电阻R34为连接器公母头金属件对插后的接触电阻，一般由三部分组成：膜阻、连接本身的电阻及收缩阻[3]若R34不正常增大则导致连接器温度升高，当温度达到塑料外壳燃点就引发火灾，如图5、图6为烧毁的连接器引发R34增大的原因有三个：①金属件对插不到位金属件对插不到位是导致R34增大的主要原因。

公母头金属件对插后，金属件完全接触紧密，连接器则通流稳定良好如果金属件安装不到位，插合异常，那么在电流流通时会导致R34增大，甚至大于连接器电阻的标称值当R34长时间超出标称值，电流流经此部位时热量增加进而温度升高，高温导致塑料外壳氧化、老化，最终引发连接器着火烧毁②不同品牌公母头互插不同品牌公母头互插现象在光伏电站应用中普遍存在[4]，许多电站业主和组件厂家也认为可以互插，其实这是一个误区根据UL、TUV认证机构的检测结果严格上不同品牌的公母头是不能互插的因为不同品牌的公母头其表带槽和表带与金属件之间存在尺寸公差，造成电阻增大，长时间通流后会导致连接器烧坏③电连接技术金属件在接触连接时难免会存在机械性能方面的问题，在材料不同、镀层厚度差异、尺寸公差等方面存在的差异容易引发漏电或拉弧现象，造成火灾事故这要求连接器的生产质量必须得到保证，各项参数严格按照标准生产，质检合格方可出厂2.2密封性不良连接器长期处于户外，在风吹日晒雨淋的环境中对密封性能有严格的要求有些连接器防护等级达到IP65以上，不合格的连接器则密封性防护等级低公母头金属与电缆匹配密封连接非常重要，一般来说不同型号的公母头对应不同线径的电缆，其目的就是保证其严密性。

为了验证电缆的匹配性，在连接器安装好后需对其进行相关的测试，例如IP测试、湿绝缘测试及耐压测试等通过某光伏电站烧毁连接器分析，发现公母头压接电缆线径相差悬殊，如图7所示该连接器公母头一侧光伏电缆线径为6mm（黑色），另一侧线径为4mm（蓝色）蓝色电缆与金属连接处采用了塑料材料填充，密封性不严，容易进水进尘，从而破坏绝缘性能，最终引发连接器烧毁2.3塑料外壳材料影响塑料外壳材料的选择决定了连接器的绝缘性优质的连接器外壳选择耐热、耐阻燃、机械性和绝缘性好的材料，选择优质的材料才能降低连接器在较高的温度下发生火灾的几率另外，对于光伏连接器来说金属和电缆连接处是严禁回料填充的，回料填充会导致连接严密性及材料性能的下降因此，光伏连接器对塑料外壳材料具有较高的要求3连接器故障影响光伏连接器部件虽小，但其可靠性对电站稳定运行至关重要，下面从三个方面分析其故障对光伏电站的影响1）发电量损失根据实际，光伏连接器发生故障，则该组串整串失效，无法输出电流以广东某光伏电站为例，日利用小时数4h，26块组件为一串，采用单晶395Wp组件，则功率损失P=26*395w*4h=41.08kwh，一个月内发生23次连接器故障电量损失944.84kwh，直接经济损失944.84kwh*度电电价（元），对于整个电站来说，连接器的质量直接影响了发电效益。

2）人工成本根据现有的运维能力和技术水平，难以追踪到连接器的故障，一旦公母头故障，运维人员难以排查如果故障的公母头多，运维人员的工作量将大大增加在环境复杂的电站，运维难度和成本尤为明显3）安全风险光伏连接器故障会存在漏电风险，在运维员排查和更换公母头时存在安全隐患连接器着火，不仅对运维员的人身安全造成威胁，而且可能导致厂房屋顶、草树的火灾发生，造成扩大的经济损失和危险4结语本文从金属电阻、密封性及塑料外壳材料三方面对光伏连接器故障的影响进行了研究，探讨了连接器着火的根本原因连接器故障对光伏电站安全运行和发电量产生重要影响，可从安装工艺、同一品牌公母头互插、选择优质塑料外壳材料出发，从而提高连接器的质量具有深远意义，进一步保障光伏电站的安全运行和电量收益提高[1]太阳光发电协会,刘树民,宏伟.太阳能光伏发电系统的设计与施工[M].北京:科学出版社,2006.[2]余荣斌,肖莉.光伏组件用电连接器失效机理研究[J].日用电器,2017.[3]时剑,童红.关于光伏连接器对光伏电站投资回报影响的分析[J].太阳能,2016.[4]沈钱平,袁万强,马良.浅谈光伏系统运维风险中的连接器失效[J].太阳能,2018.  -全文完-。