关键字：集中式并网光伏发电；设备防护等级；设备故障；解决和防护措施
前言：
太阳能光伏发电作为可再生能源，具有安全可靠、无噪声、低污染等特点，因此被广泛应用于家庭、并网发电站、绿色建筑等场所。近年来，光伏发电在新装机容量中的占比一直呈上升趋势，在2017年新装机容量中光伏发电达到50%的比例。
集中式并网光伏发电站多地处戈壁、沙漠地区，自然条件较为恶劣，集中式并网光伏发电设备（如：箱式变压器、逆变器、直流柜、汇流箱、光伏组件、电源配电箱等）安装在室外，与室内设备相比更易受到风、沙、雨雪、日照、温差等环境因素的影响，因此光伏发电设备的正常运行，离不开设备防护等级的保障。光伏发电设备设计缺陷、安装质量不合格、验收不严、维护不到位等，很容易造成防护等级不足或防护等级的下降，进而造成设备故障，影响发电量，严重时将造成人身及设备事故。
1.设备防护等级与设备故障
IP（INGRESS PROTECTION）防护等级系统是由IEC（INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION）所起草，将电器依其防尘防湿气之特性加以分级。IP防护等级是由两个数字所组成，第1个数字表示电器防尘、防止外物侵入的等级(这里所指的外物含工具，人的手指等均不可接触到电器之内带电部分，以免触电)，第2个数字表示电器防湿气、防水浸入的密闭程度，数字越大表示其防护等级越高。
设备防护等级是设备安全稳定运行的保障，防护等级的不足或下降往往会导致严重的电气故障，危及人身及设备的安全，因此在设备选型、初步设计、施工、验收、运行维护等阶段的设备全生命周期，都应重点关注设备的防护等级，保证设备防护等级与运行环境相适应，减少设备故障的发生，保证光伏发电设备的完好率。
下文中，将对防护等级不足所造成的主要设备故障、解决和防护措施进行简要探讨。
1.1 MC4插头沙尘侵入造成的过热故障：
MC4插头是光伏组件与组件及组串与汇流箱之间的电流连接插件，集中式并网光伏发电系统中MC4插头数量极多，以1MW光伏矩阵来说，MC4插头的数量在5千支左右。MC4插头放置于光伏支架槽钢内，插头外部无密封措施，只能依靠MC4插头本身的防护来保障。其设计一般考虑到沙尘的防护，在安装后不易进入沙尘，因此安装中沙尘的防护尤为重要。沙粒的主要成分是二氧化硅SIO2，硬度大，熔点高，插头中进入沙尘将使导电部分存在接触间隙，接触不良，影响散热效果，造成MC4插头过热，最终烧毁插头。
对此，制定以下解决和防护措施：
(1)组件选型时关注MC4插头的防护等级，应与设备安装环境相适应。
(2)MC4插头数量极多，验收时无法全部检验内部是否有沙尘，因此安装前应做好防尘保护，安装中清理插头内沙尘。
(3)运行维护阶段每日巡检中应使用红外线热成像仪对MC4插头进行检查，发现MC4插头过热时，在断电、采取安全措施后，拔开插头清理内部沙尘。
1.2光伏组件防护等级下降造成的功率衰减：
光伏组件防护等级下降一般由背板EVA材料老化、背板划痕等原因造成。光伏组件防护等级的下降将使一部分水汽透过背板、EVA渗透入组件内，电池片有微裂纹的地方，已分解产生的化合物和水汽会透过微裂纹渗透入电池片内，在光、热、电的综合作用下，将加速组件的隐裂，进而造成光伏组件功率进一步衰减。
对此，制定以下解决和防护措施：
(1)组件选型时严格控制EVA品质，选择杂质较少、助剂纯度较高的EVA材料，并不得使用添加回料的EVA材料。
(2)搬运中应采取防止背板划伤的措施。
(3)施工中防止人员对光伏组件进行踩踏、放置重物。
(4)运行维护阶段在检查组件螺栓松动工作中，严禁使用硬物对背板进行敲击，避免背板划伤、组件受损。
1.3汇流箱沙尘侵入造成的通讯板、检测板故障：
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绝大部分的汇流箱在设计中都采用IP65的防护等级，即：完全防止外物及灰尘侵入，防持续至少3分钟的低压喷水。因此，新设备在运行中完全可以防止沙尘的侵入，保证内部元器件的安全运行，但随着时间的推移，防火堵泥老化、开裂，加之人为原因（如汇流箱门锁扣未锁紧）和设备原因（如锁扣密封性不严、密封胶条老化脱落），造成汇流箱防护等级下降，沙尘天气下大量沙尘进入汇流箱内，造成通讯板、检测板故障。其中，汇流箱门锁扣未锁紧是最主要的原因，将导致大量沙尘进入汇流箱内及锁扣内，造成锁扣内卡涩，无法用钥匙锁紧，汇流箱门长期存在较大的缝隙。
对此，制定以下解决和防护措施：
(1)安装中务必保证每一个汇流箱锁扣锁到位。
(2)运行维护阶段每次打开汇流箱门后，务必保证随手将锁扣锁到位。
(3)大批量的锁扣无法锁紧时，应分批返厂进行维修。
(4)巡检时检查汇流箱防火封堵的情况，发现防火封堵不严时，及时进行封堵。
(5)密封胶条脱落后及时进行更换。
1.4逆变器室防护等级不足造成的故障：
1.4.1 逆变器室防护等级不足造成的逆变器电路板故障
绝大部分的集中式逆变器因考虑通风散热需要，因此防护等级很低，在设计中一般采用IP20的防护等级，即：防止直径大于12.5mm的固体外物侵入，对水或湿气无特殊的防护。集中式逆变器安装在逆变器室内，因此逆变器室的防护等级，尤其是防尘等级尤为重要。
逆变器室防尘等级不够，会造成大量沙尘被吸入逆变器内，附着于电路板表面，对电路板及器件造成腐蚀，影响电路板散热，降低电路板触点间阻抗，产生短路等。逆变器室在设计中一般未考虑到防尘等级，大部分的逆变器室在投入生产运行后都需要进行防尘技改，但施工单位大多不专业，施工质量难有保证，防尘效果不佳。设计缺陷成为逆变器室防护等级不足的直接原因。
对此，制定以下解决和防护措施：
(1)在初步设计阶段提出逆变器室防护等级具体要求，避免后期技改的麻烦及防尘效果的不佳。
(2)技改中应采用防尘弯头，提高防尘效果。
(3)多风区域不应采用开闭式百叶窗，易造成损坏。
(4)运行维护阶段定期检查防尘网、防尘弯头，发现松动及时加固。
(5)根据逆变器内的沙尘情况，及时对逆变器进行清扫。
1.4.2 逆变器室防护等级不足造成的通讯柜通讯中断故障
绝大部分的通讯柜因考虑通风散热需要，因此防护等级较低，通讯柜安装在逆变器室内，因此逆变器室的防护等级，尤其是防尘等级尤为重要。逆变器室防尘等级不够，会使大量沙尘进入交换机、规约转换器、电源模块等设备内，造成设备过热、数据丢失、死机、甚至损坏设备。
对此，制定以下解决和防护措施：
(1)保持逆变器室内卫生，防止大量的沙尘进入通讯柜。
(2)定期清理通讯柜内的沙尘，清理时需在设备断电的情况下进行，避免运行中造成设备内部短路，烧毁设备。
(3)正确设置逆变器室排风扇温度控制器的启停温度，避免通讯柜内温度过高。
1.5箱式变压器防护等级不足造成的散热风扇故障：
箱式变压器防护等级的不足大多由防火封堵不严造成，沙尘从箱式变压器底部基础的百叶窗顺防火封堵的缝隙进入箱式变压器内部和散热风扇内，随着散热风扇长时间的运行，造成散热风扇的损坏，箱式变压器散热效果差，继而导致高温跳闸和电量损失。
对此，制定以下解决和防护措施：
(1)防火封堵施工中应封堵严密，不得留有空隙。
(2)定检工作中应对防火封堵进行检查，发现缝隙及时封堵。
(3)根据箱式变压器内的沙尘情况，及时对箱式变压器进行清扫。
2.结束语
以上是对光伏发电设备防护等级与设备故障的浅析，对问题的分析判断多有局限，期望同仁多指正并共同探讨，找到更多更好的措施加以防范和解决，以消减环境因素对设备防护等级的影响，纠正人为因素埋下的隐患，从客观和主观方面共同入手，保证设备防护等级，提高设备完好率。
参考文献
[1]颜景莲,黄英龄，电子电气设备外壳防护体系概述，电子产品可靠性与环境试验，2012,30:263-266
[2]李敏， 外壳防护等级的选择与应用，环境技术，2017,35（5）:62-64
论文作者:谢劲松
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年 18期
论文发表时间:2020/1/16
标签：防护论文; 等级论文; 逆变器论文; 设备论文; 沙尘论文; 光伏论文; 插头论文; 《当代电力文化》2019年 18期论文;