（中国能源建设集团陕西省电力设计院有限公司 西安市雁塔区 710054）
摘要：光伏电站近年来发展迅猛。为解决用地矛盾，各地开始建设水面光伏电站。水面光伏电站建设中因水域面积较大，逆变器布置受限等原因，直流电缆长度比常规光伏电站增长较多，发生短路事故时易出现电弧。为保证水面光伏电站安全运行，需设置直流电弧保护。
关键词：水面光伏电站；直流电缆；电弧保护
1 概述
今年来，我国环境日益恶化，北方城市雾霾频发，环境保护压力日渐增大，为减少火力发电厂污染物排放，我国今年来大力发展新能源发电。在国家扶持政策的刺激下，光伏电站发展迅猛，用地矛盾日渐突出，为解决光伏电站用地问题，我国部分地区将光伏项目和煤矿沉陷区堰塞湖改造结合，建设水面光伏电站。
水面光伏电站因逆变器需布置在岸边，直流电缆和常规光伏电站相比增长较多，直流电缆发生短路时易出现电弧接地，为保证水面光伏电站可靠运行，需设置直流系统放电弧接地保护。
2 水面光伏电站直流系统短路分析
2.1 光伏电站直流系统简介
图1为典型光伏电站直流系统接线图，图中示意了光伏电站直流系统典型接线和常见事故类型。
图1典型光伏电站直流系统接线图
由图中可见，光伏电站直流系统由光伏组件组串、直流汇流箱、逆变器等设备组成。
常见的系统短路点为a~e点。其中a、b为串联短路，c、d、e为并联短路。串联短路一般因光伏系统内连接不良引起，并联短路一般由线路损坏引起的正负极性短路引起的[1]。
2.2 水面光伏电站布置方案
ZXZ水面光伏电站光伏组件布置在湖面的漂浮平台上，光伏逆变器和110kV升压站布置在湖西侧的岸边陆地，光伏电缆通过水面漂浮平台和陆地上的光伏逆变连接。光伏组件方阵直流电缆长度约3000米。
常规光伏电站光伏逆变器一般布置在光伏组件方阵中间[2]，直流电缆长度约为1500米。
通过方案对比，可知水面光伏电站直流电缆长度约是常规光伏电站2倍，光伏系统短路时，发生电弧故障的概率大大增加。
3、水面光伏电站直流电弧故障保护
3.1 直流电弧故障保护方案
直流电弧故障保护方案现阶段主要有以下两种类型：
1）基于电流电压波形变化的监测方法
根据以上分析，光伏系统发生电弧故障时，故障点两侧的电流会瞬间降低，电压会瞬间提高，根据电流电压的变化作为直流电弧故障的判断依据。
2）基于基于频率特性的监测方法
光伏系统发生电弧故障时，经常伴随有某些特定的高频信号，这些高频信号在正常工作时并不出现，只有在事故情况下出现，可以作为直流电弧故障的判断依据。
3.2 水面光伏电站直流电弧故障保护方案选择
1）保护方案分析
基于电流电压波形变化的监测方法优点是监测方便快捷，缺点是光伏组件的电流电压受运行环境（温度、光照）等影响较大，实际运行中很难区分电流电压变化原因是环境变化还是系统电弧接地引起的。
基于频率特性的监测方法优点是监测结果一般比较精确，缺点是易受光伏系统逆变器设备干扰。
2）保护方案选择
根据两种不同保护方案的特性，结合水面光伏电站布置方式，拟采用基于频率特性监测方法的保护方案，为保证保护在故障时可靠快速监测，非故障时可靠不误动，通过可调的DSP滤波器，过滤掉逆变器的干扰信号和可能的误触发信号，并监测出直流电弧故障的特殊信号。
3.3 水面光伏电站直流电弧故障保护实施方案
ZXZ水面光伏电站#8光伏组件方阵直流电缆长度约3000米。逆变器室设置在岸边，光伏组件、汇流箱布置于水面漂浮平台。
根据水面光伏电站布置特点，在#8方阵设置直流电弧保护装置，保护装置采用基于频率特性监测，采用DSP滤波器过滤干扰信号的保护装置。保护装置安装在光伏方阵直流汇流箱内，该直流汇流箱具备直流拉弧监测和关断保护功能，包括16路输入和6路输入两种规范。
保护装置符合北美UL1699《电弧故障断路器安全标准》标准的强制性要求，通过了UL1699监测认证。
设置有直流电弧保护装置的水面光伏电站系统结构如下图：
水面 陆地
图2水面光伏电站直流系统接线图
4、总结
本文分析了水面光伏电站布置方案，提出因光伏组件、逆变器设备的布置限制，直流电缆长度比常规光伏电站增长较多，发生直流短路事故时易出现电弧，为保证水面光伏电站安全运行，需设置直流电弧保护。
现有直流电弧保护常见方案有两种：基于电流电压波形变化的监测方法和基于频率特性的监测方法。
本文对比了两种保护方案，根据水面光伏电站的布置和运行特性，确定了水面光伏电站直流电弧保护方案：采用基于频率特性的监测方法，通过DSP滤波器过滤干扰信号的保护装置，保护装置安装于直流汇流箱，具备直流拉弧监测和关断保护功能，符合北美UL1699《电弧故障断路器安全标准》标准的强制性要求。
本文为水面光伏电站直流电弧保护配置提供了可行方案，可在工程设计中参考使用。
参考文献：
【1】 《电力工程电气设计手册第一册，电气一次部分》西北电力设计院，北京：中国电力出版社，1986。
【2】 《光伏发电站设计规范GB 50797》中国电力企业联合会，北京：中国计划出版社，2012。
作者简介：
陈小康（1976-）男，汉族，陕西安康人，硕士，高级工程师，注册电气工程师，在中国能源建设集团陕西省电力设计院有限公司从事变电、电源设计工作。
孝小昂（1978-）男，汉族，山东滨州人，学士，高级工程师，在中国能源建设集团陕西省电力设计院有限公司从事变电、电源设计工作。
张曦（1965-）男，汉族，江苏无锡人，学士，教授级高级工程师，注册电气工程师，在中国能源建设集团陕西省电力设计院有限公司从事变电、电源设计工作。
论文作者:陈小康,孝小昂,张曦
论文发表刊物:《电力设备》2017年第22期
论文发表时间:2017/12/7
标签：光伏论文; 电站论文; 电弧论文; 水面论文; 故障论文; 逆变器论文; 方案论文; 《电力设备》2017年第22期论文;