接地故障是光伏（PV）系統(tǒng)中最常見(jiàn)的問(wèn)題之一，且通常也是最危險(xiǎn)的問(wèn)題。當(dāng)光伏陣列中的直流（DC）導(dǎo)線(xiàn)意外接觸到接地金屬時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生直流接地故障，該故障可能引發(fā)電氣火災(zāi)、電弧、設(shè)備損壞，并對(duì)人員構(gòu)成嚴(yán)重的安全風(fēng)險(xiǎn)。

直流接地故障頻發(fā)，但此類(lèi)故障很難被檢測(cè)到，尤其在一些大型或老舊光伏陣列中。了解這些故障為何重要以及如何及早檢測(cè)到它們，有助于保護(hù)人員安全、最大限度延長(zhǎng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)間，并確保系統(tǒng)可靠性。

直流接地故障如何發(fā)生？

當(dāng)載流導(dǎo)體（如直流正極或負(fù)極）與接地金屬表面（例如光伏組件框架、支架、導(dǎo)管或設(shè)備接地導(dǎo)體接觸時(shí)，就會(huì)發(fā)生直流接地故障。這會(huì)導(dǎo)致電流繞過(guò)設(shè)計(jì)好的電路，通過(guò)非預(yù)期路徑流動(dòng)（水往低處流）。

例如上圖：

支路某個(gè)點(diǎn)接地，電流會(huì)直接流入大地

如果該接地故障未觸發(fā)報(bào)警或者接地保護(hù)裝置動(dòng)作，該組串支路的基礎(chǔ)建設(shè)未產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)光資源及設(shè)備投入就是浪費(fèi)！

雖然單次故障可能不會(huì)立即導(dǎo)致系統(tǒng)停機(jī)，但會(huì)產(chǎn)生泄漏電流，這種電流會(huì)繞過(guò)保護(hù)裝置，且隨著時(shí)間推移，風(fēng)險(xiǎn)會(huì)不斷增加。

直流接地故障為何會(huì)引發(fā)火災(zāi)隱患？

直流接地故障的真正危險(xiǎn)在于未被檢測(cè)到的泄漏電流與發(fā)生二次故障的可能性相結(jié)合。

在正常接地的系統(tǒng)中，首次接地故障會(huì)形成一條接地路徑，但其電流可能過(guò)小，無(wú)法觸發(fā)接地故障保護(hù)（GFP）裝置。事實(shí)上，許多故障的電流都小于 1 安培，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)接地故障檢測(cè)器（GFDI）的檢測(cè)閾值。

若另一根導(dǎo)體上發(fā)生二次故障，這兩次故障可能會(huì)形成并聯(lián)電流路徑，繞過(guò)逆變器的內(nèi)部保護(hù)裝置，使大量電流直接通過(guò)金屬表面流動(dòng)。這可能導(dǎo)致以下后果：

引發(fā)直流電弧，對(duì)人員構(gòu)成安全風(fēng)險(xiǎn)

熔化絕緣層和導(dǎo)體，損壞設(shè)備

點(diǎn)燃周?chē)镔|(zhì)（草木），引發(fā)火災(zāi)

案例研究：2009 年貝克斯菲爾德火災(zāi)

2009 年發(fā)生在美國(guó)加利福尼亞州貝克斯菲爾德的火災(zāi)，是最常被提及的由接地故障引發(fā)的光伏火災(zāi)事故之一。

一個(gè)功率為 383 千瓦的屋頂光伏系統(tǒng)中，一根 12 號(hào)AWG（美國(guó)線(xiàn)規(guī)）導(dǎo)體出現(xiàn)了 2.5 安培的接地故障。由于該電流過(guò)小，無(wú)法觸發(fā)接地故障檢測(cè)器（GFDI），系統(tǒng)仍繼續(xù)運(yùn)行。

隨后，二次故障發(fā)生：一根 500 MCM（千圓密耳）的導(dǎo)體上的伸縮接頭斷開(kāi)，引發(fā)了高達(dá) 311 安培的嚴(yán)重故障。電流并未通過(guò)安全方式切斷電路，而是通過(guò)最初的小型接地故障形成回路，導(dǎo)致導(dǎo)體迅速過(guò)熱，最終引發(fā)屋頂火災(zāi)。

這一慘痛事件凸顯了兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：

小型故障并非危險(xiǎn)性更低

未被檢測(cè)到的接地故障可能升級(jí)為災(zāi)難性事件

為何接地故障難以檢測(cè)？

大多數(shù)接地故障（尤其是間歇性或低電流接地故障）產(chǎn)生的電流不足以觸發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的接地故障保護(hù)裝置，在較老舊的帶變壓器的逆變器中更是如此。

原因如下：

帶變壓器的逆變器中，采用熔斷器的接地故障檢測(cè)器（GFDI）保護(hù)裝置通常需要幾安培的電流才能熔斷熔斷器

無(wú)變壓器逆變器中的剩余電流檢測(cè)器（RCD）靈敏度更高，但仍有檢測(cè)閾值（約 300 毫安或更高）

環(huán)境條件（如干燥天氣）可能會(huì)暫時(shí)提高電阻，從而掩蓋故障

絕緣層擊穿可能僅在特定情況下（如下雨天或跟蹤支架陣列移動(dòng)時(shí)）導(dǎo)致間歇性電流泄漏

因此，主動(dòng)檢測(cè)至關(guān)重要。即使系統(tǒng)仍在運(yùn)行，也可能存在隱藏的故障。

接地故障如何引發(fā)電弧故障？

當(dāng)受損導(dǎo)線(xiàn)形成高電阻路徑，產(chǎn)生熱量和火花時(shí)，接地故障便可能引發(fā)電弧故障。

直流電弧的危險(xiǎn)性尤為突出，原因如下：

除非切斷電源，否則直流電弧可能持續(xù)存在

直流電弧比交流電弧更難熄滅

直流電弧可能點(diǎn)燃周?chē)镔|(zhì)（灰塵、塑料、絕緣材料、雜草、屋頂材料等）

工作電壓為 1000 伏直流（VDC）或 1500 伏直流（VDC）的高壓光伏陣列，在發(fā)生接地故障后，尤其容易產(chǎn)生持續(xù)電弧。

電弧閃光與人員安全

除引發(fā)火災(zāi)外，直流接地故障還可能導(dǎo)致電弧閃光事故，對(duì)技術(shù)人員構(gòu)成致命風(fēng)險(xiǎn)。

如果系統(tǒng)中存在隱藏的接地故障，打開(kāi)熔斷器座或從端子上拔出導(dǎo)體時(shí)，可能會(huì)切斷帶有環(huán)路電流的電路，進(jìn)而引發(fā)閃絡(luò)。在最嚴(yán)重的情況下，這會(huì)導(dǎo)致：

嚴(yán)重?zé)齻?/p>

聽(tīng)力損傷

爆炸沖擊傷

設(shè)備損壞

因此，在帶電系統(tǒng)上作業(yè)時(shí)，即使系統(tǒng)看似運(yùn)行正常，在打開(kāi)非負(fù)載分?jǐn)嘈透綦x開(kāi)關(guān)之前檢測(cè)電流，并佩戴個(gè)人防護(hù)裝備（PPE），都是必不可少的安全措施。

為確保檢測(cè)安全，技術(shù)人員必須：

在打開(kāi)熔斷器座或組件互聯(lián)裝置等非負(fù)載分?jǐn)嘈透綦x開(kāi)關(guān)之前，使用非接觸式鉗形表檢測(cè)電路中的電流

佩戴適當(dāng)?shù)膫€(gè)人防護(hù)裝備：

--絕緣手套

--阻燃服

--電弧閃光防護(hù)面罩，或根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模選擇全套電弧閃光防護(hù)服

接地故障如何損壞設(shè)備？

除安全風(fēng)險(xiǎn)外，接地故障還會(huì)降低設(shè)備性能和可靠性。

若接地故障未被檢測(cè)和修復(fù)，可能導(dǎo)致：

逆變器反復(fù)跳閘，縮短運(yùn)行時(shí)間

監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤

故障點(diǎn)發(fā)生腐蝕或長(zhǎng)期磨損

光伏組件、接線(xiàn)盒或主干導(dǎo)體損壞

此外，由未診斷出的故障導(dǎo)致的反復(fù)跳閘，可能會(huì)掩蓋其他問(wèn)題，并隨著時(shí)間推移增加維護(hù)成本。

主動(dòng)檢測(cè)的重要性

防止接地故障演變?yōu)槲ｋU(xiǎn)事故的最佳方法，是盡早檢測(cè)并隔離故障。福祿克SMFT-1000 太陽(yáng)能多功能I-V曲線(xiàn)測(cè)試儀和 GFL-1500 接地故障定位工具等設(shè)備，能幫助技術(shù)人員完成以下工作：

進(jìn)行絕緣電阻測(cè)試

識(shí)別對(duì)地電阻較低的導(dǎo)體

在發(fā)生重大故障前隔離有問(wèn)題的組串或電路

精準(zhǔn)定位接地故障的位置

設(shè)計(jì)更安全的接地故障檢測(cè)系統(tǒng)

新型系統(tǒng)架構(gòu)有助于降低隱藏故障的風(fēng)險(xiǎn)：

無(wú)變壓器逆變器采用剩余電流檢測(cè)（RCD）技術(shù)，提高了故障檢測(cè)靈敏度

組件級(jí)電力電子設(shè)備（MLPE）可將故障限制在單個(gè)組件范圍內(nèi)

不接地系統(tǒng)或浮地系統(tǒng)減少了意外接地路徑的可能性

即便如此，這些技術(shù)并非絕對(duì)可靠。定期檢測(cè)和記錄必須成為所有維護(hù)流程的一部分。

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安全知識(shí)

閱讀了上面的技術(shù)要點(diǎn)，你是否已經(jīng)掌握了光伏接地故障的核心知識(shí)呢？現(xiàn)在就來(lái)挑戰(zhàn)一下自己吧！

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結(jié)語(yǔ)

直流接地故障并非單純的麻煩問(wèn)題，而是光伏系統(tǒng)的 “隱形威脅”。若未被檢測(cè)到，它們可能演變?yōu)榛馂?zāi)隱患、電弧閃光事故，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)完全癱瘓。

理解接地故障的危險(xiǎn)性，是打造更安全、更可靠光伏發(fā)電裝置的第一步。而下一步，則是運(yùn)用正確的檢測(cè)流程和工具采取行動(dòng)。