1 机组概况

蒙西地区某光伏电站总装机容量50 MW，采用海润光伏HR-250P-18/Bb型和国电光伏GDM-250PE03型光伏组件，集中式逆变器，单机额定容量500 kW，箱式变压器为双分裂式变压器，额定容量1000 kVA，1台双分裂箱式变压器带2台集中式逆变器。全站共50台箱式变压器，以5回35 kV线路通过地埋电缆接入110 kV光伏电站35 kV母线，35 kV母线采用单母线接线方式。

2 事故经过及设备损毁情况

2016-11-07T16：00，电站运行值班人员在主控视频监控机发现71区1号逆变器附近1台汇流箱冒烟，有起火迹象。现场检查发现71区1号逆变器1号汇流箱内部着火，起火点位于直流输出断路器上口正母线处，正母线、电源模块、数据采集模块、防雷器烧毁。汇流箱起火后内部气体积聚，汇流箱柜门被弹开，燃烧物跌落点燃地面干草，火势沿组件背板地面燃烧，向东串烧近30 m。

受弃光限电影响，事故发生时全站只有2台逆变器处于正常运行状态，其余逆变器由调度自动发电控制AGC（Automatic Generation Control）平台统一控制，为限功率运行。71区1号逆变器为限功率运行，逆变器直流侧输入断路器、交流侧并网断路器都处于闭合状态。逆变器向下连接7台汇流箱，汇流箱直流输出断路器开关为闭合状态，逆变器和汇流箱连接系统如图 1所示。

将71区箱式变压器、1号逆变器及所带7台汇流箱从系统中解列，依次对光伏组件、汇流箱、逆变器、箱式变压器进行检查，发现其余6台汇流箱电源模块均有不同程度损坏，主要表现为输入电容鼓包漏液、数据采集模块陶瓷气体放电管损坏。检查中还发现逆变器交流侧V相输出滤波电容烧毁，箱式变压器低压侧低压断路器V相母排连接的金属氧化物避雷器烧毁。同时发现组串进线直流熔断器及防反二极管未损坏，直流输出断路器未跳开。测量1号汇流箱进线组串，发现4条支路短路接地。现场挖开电缆沟、取出电缆，发现4根光伏电缆烧结在一起，其中1根电缆烧断。在相应进线熔断器底座处发现发热烧灼的痕迹。检查其他汇流箱光伏进线电缆，未见异常^[1]。

3 事故原因分析 3.1 短路点确认及短路形成原因 3.1.1 两种组串短路接地后的系统运行方式

（1）光伏组串进线电缆短路接地后，短路点处形成低阻抗点，其他组串电流汇聚到短路点处，短路组串的防反二极管从正向导通状态过渡至反向饱和状态，形成箝位^[2]，短路点只承受组串自身的短路电流（如图 2a），由于短路电流很小，不会引起大的电弧起火，但会导致光伏电缆发热烧结在一起。

（2）如果防反二极管在关断过程中承受较大的反向电压，造成防反二极管反向击穿，短路支路形成较大的电流回路。1台汇流箱共带16路光伏组串，此时短路点将承受其余15路光伏组串的短路电流（见图 2b），该电流值远大于支路熔断器的动作电流，短路支路的直流熔断器熔断解除线路接地。

根据以上2种短路接地运行方式，结合现场事故情况，判定汇流箱直流输出断路器正母线为短路接地故障点。

3.1.2 短路形成原因

1号汇流箱直流断路器上口正母线处发生短路后，其余6台汇流箱所带负荷会通过直流母排汇入短路点，形成短路回路。短路点流过电流接近864 A（6个汇流箱瞬时输出电流之和），而汇流箱直流断路器为GM-250P型光伏专用断路器，额定电流I_n= 250 A，瞬时动作值为10I_n，即2500 A，因此汇流箱直流断路器未跳开。短路点母线短时内通过的电流较大，发生直流拉弧，导致设备起火^[3]。短路汇流箱所带16路光伏组串同时进入短路状态，防反二极管形成箝位保护，各支路处于内部短路状态，部分支路发热严重，导致电缆烧结。系统运行方式见图 3。

3.2 汇流箱电源模块输入侧电容烧毁

汇流箱电源模块的输入电源取自直流母线，汇流箱直流输出断路器上口正负极引线接至电源模块的输入侧，电源模块为输入电压800 V、输出电压24 V的降压电路。电源模块输入侧电容耐压能力为1200 V，事故时输入级短路造成短时瞬态电流增大，在线路上产生尖峰电压使电容过电压击穿^[4]，导致二次短路，电源模块输入侧电容器烧毁。

3.3 逆变器输出滤波器滤波电容烧毁

事故发生时，逆变器受AGC控制，为限功率运行。单台逆变器输出功率较小，但与电网的连接未断开，逆变器整体在高阻状态工作，其系统电路见图 4。该光伏电站逆变器采用两级式拓扑结构，前级采用DC/DC变换器，实现光伏阵列的最大功率点跟踪，后级采用DC/AC并网逆变器，将直流电能馈送至电网。在限功率状态下，逆变器参考功率限定值，三相逆变器电路的导通角较小。此时系统在最大功率点右侧运行，最大功率点跟踪模块（MPPT）停止直流电压调节，基本保持恒电压输出^[5]。事故中逆变器交流输出侧LC滤波器的V相滤波电容和箱式变压器低压侧V相避雷器均烧毁，初步判断V相电路在故障发生时开关器件处于导通状态。由于系统控制信号的延时和开关元件动作不一致，在系统未进行保护时，短路瞬时电流从直流端串入逆变器输出侧，而短路电流未超过逆变电路开关器件的耐受电流，且持续时间较短，因此逆变器功率器件未损坏。瞬间短路可以等效为输出滤波电路工作在短路状态^[6]，等效电路如图 5所示。LC滤波器在短路状态下，电感侧形成较大尖峰电压，造成输出滤波电容烧毁。

3.4 变压器低压侧断路器上口V相避雷器烧毁

短路电流串入逆变器输出侧V相，过电流造成与逆变器连接的箱式变压器低压侧避雷器动作，短路电流大于避雷器的标称放电电流，避雷器发热严重导致烧毁。

4 存在的问题及防范措施 4.1 存在的问题

（1）逆变器在AGC控制状态和深度限电情况下，为限功率运行状态，即逆变器开关器件深度调节维持并网状态。此时若直流侧发生接地故障，逆变器输出侧串入短路电流后易使故障扩大至线路侧，导致线路跳闸。

（2）逆变器输入侧、输出侧断路器分断能力较大，汇流箱输出直流电缆短路接地后，断路器无法动作。汇流箱、逆变器各开关分断能力如表 1所示。

（3）冬季光伏区杂草未及时清理，造成火灾隐患。

（4）光伏组件正负极直流电缆未分开走线，地埋穿管时直流电缆正负极线缆穿在一起，线路发热、老化易造成短路。

4.2 防范措施

（1）开展汇流箱设备排查，检查汇流箱直流开关接线是否紧固、有无破皮，汇流箱电源模块输入滤波电容有无鼓包漏液；检查防反二极管的导通特性，以及汇流箱内光伏组串进线电缆的紧固情况；检查有无明显发热现象。

（2）在逆变器输入侧加装快速熔断器提高故障隔离能力。

（3）与逆变器厂家及AGC控制厂家进行技术沟通，在深度限电情况下将逆变器限功率运行改为限功率停机运行模式，即限电状态下，在满足出力的前提下，将其余逆变器转为停机状态（网侧并网接触器断开，保持机组供电）。

（4）深入学习逆变器的工作原理和控制原理，理清不同工作状态下逆变器的控制情况，识别不合理运行状态，以便及时做出适当调整。