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.
论文作者:李华峰, 潘永恒, 李烁烁
论文发表刊物:《中国电业》2019年第11期
论文发表时间:2019/9/29
标签：连接器论文; 光伏论文; 电阻论文; 电站论文; 故障论文; 外壳论文; 材料论文; 《中国电业》2019年第11期论文;