直流接地故障是光伏系統(tǒng)中常見的故障類型，并且有一半的故障未被發(fā)現(xiàn)。直流接地故障是指在輸送直流電力的電路（逆變器前）中流經(jīng)設(shè)備接地導(dǎo)線的電流出現(xiàn)的不良情況。接地故障會導(dǎo)致嚴(yán)重的安全問題，例如電弧故障，以及高電壓情況下的電弧閃光。除了安全隱患之外，接地故障還會產(chǎn)生火災(zāi)危險，因為短路電流會使裸金屬急劇升溫。
為了更好地理解直流接地故障，讓我們看一些術(shù)語，并看看光伏系統(tǒng)內(nèi)部的情況。
根據(jù)相關(guān)規(guī)范中的定義，接地是指：
· 設(shè)備接地導(dǎo)線 (EGC) =“提供接地故障電流路徑，并且通常將設(shè)備的非載流金屬部件連接在一起、連接到系統(tǒng)接地導(dǎo)線或接地電極導(dǎo)線或者兩者的導(dǎo)電路徑。”
· 接地電極導(dǎo)線 (GEC) =“用于將系統(tǒng)接地導(dǎo)線或設(shè)備連接到接地電極或接地電極系統(tǒng)上的一點的導(dǎo)線。”
· 接地導(dǎo)線 =“有意接地的系統(tǒng)或電路導(dǎo)線?！?
負(fù)極接地的光伏系統(tǒng)（直流側(cè)）
EGC 用于將所有導(dǎo)電部件（模塊、支架）連接在一起，并提供通往 GEC 的路徑。GEC 將 EGC 以及整個系統(tǒng)連接到接地電極。接地電極是一個大金屬棒，插入地下至少 8 英尺深。它通常采用銅、鋁或銅包鋁制成。
在直流接地故障中，電流流過 EGC 或任何因與接地導(dǎo)線意外接觸而接地的金屬件。這種接觸通常是由于導(dǎo)線絕緣層損壞、安裝不當(dāng)、導(dǎo)線被夾住和進(jìn)水造成的，這些情況可能會使導(dǎo)線和 EGC 之間形成電氣連接。
為什么直流接地故障很危險？
直流接地故障在大型光伏系統(tǒng)中特別危險，因為它們不容易被發(fā)現(xiàn)。接地故障保護(hù) (GFP) 設(shè)備無法檢測到接地故障中的小（< 1 安培）電流泄漏，因此這被稱為“盲點”。
如果二次側(cè)故障時的電流較大，GFP 會使電路跳閘，那么最初的直流接地故障將成為大電流的并聯(lián)路徑。在 2009 年加州貝克爾斯菲市一個 383 kW 光伏陣列起火就是發(fā)生了這種情況，該事故導(dǎo)致了一場重大火災(zāi) — 最初 12 AWG 導(dǎo)線上的 2.5 安培接地故障成為第二個 311 安培接地故障的導(dǎo)電路徑，其中一個膨脹節(jié)在一根 500 MCM (7.7 AWG) 的大輸出電纜上分離。當(dāng) GFP 對第二個接地故障做出反應(yīng)時，高電流通過第一個未被發(fā)現(xiàn)的接地故障流出，迅速熔化導(dǎo)線上的絕緣層并引發(fā)火災(zāi)。
如何檢測、診斷和緩解直流接地故障？
如上所述，檢測直流接地故障很困難，特別是在大型光伏系統(tǒng)中。這是因為直流接地故障的電流通常小于 GFP 設(shè)備的最小靈敏度。檢測直流接地故障的技術(shù)包括絕緣電阻監(jiān)測和剩余電流檢測器 (RCD)。建議每天早上使用絕緣電阻監(jiān)測器進(jìn)行接地測試，以測量接地電阻。這必須在陣列處于開路狀態(tài)時執(zhí)行。測試能揭示兩種可能性 — 絕緣電阻高于最小值，系統(tǒng)可以啟動，或者絕緣電阻低于最小值，這表明絕緣層受損，并有可能發(fā)生接地故障。此外，可以將 RCD 連接陣列導(dǎo)線，以測量會指示接地故障的異常電流。
診斷技術(shù)
即使逆變器中的接地故障檢測斷流器 (GFDI) 成功地使電路跳閘，也很難確定接地故障的源頭。首先，技術(shù)人員應(yīng)通過通斷性測試檢查 GFDI 是否燒斷。通過將萬用表的引線放在保險絲的金屬端并將刻度盤轉(zhuǎn)到電阻檔來進(jìn)行通斷性測試。如果電阻過高，保險絲會被燒斷，并且必須予以更換。接下來，技術(shù)人員應(yīng)使用絕緣測試儀對導(dǎo)線進(jìn)行絕緣電阻測試。在該測試中，在導(dǎo)線上施加電壓，這會在導(dǎo)線上產(chǎn)生電流，測量該電流（并與絕緣層處于良好狀態(tài)時的基準(zhǔn)進(jìn)行比較）以確定絕緣電阻的狀態(tài)。
實際上，識別接地故障的源頭可能具有挑戰(zhàn)性，因為接地導(dǎo)線和 EGC 或電路中任何位置的金屬部件之間都可能會發(fā)生接地故障。要確定接地故障的源頭：
1、通過移除正負(fù)導(dǎo)線，確保逆變器與陣列隔離；
2、閉合直流斷開裝置，在導(dǎo)線上施加電壓；
3、測量正負(fù)導(dǎo)線之間的電壓，以確定陣列的開路電壓；
4、以及測量正極接地和負(fù)極接地。
