接地故障是光伏（PV）系統(tǒng)中最常見的問題之一，且通常也是最危險的問題。當光伏陣列中的直流（DC）導線意外接觸到接地金屬時，就會產(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，并對人員構(gòu)成嚴重的安全風險。

直流接地故障頻發(fā)，但此類故障很難被檢測到，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到它們，有助于保護人員安全、最大限度延長系統(tǒng)正常運行時間，并確保系統(tǒng)可靠性。

直流接地故障如何發(fā)生？

當載流導體（如直流正極或負極）與接地金屬表面（例如光伏組件框架、支架、導管或設(shè)備接地導體接觸時，就會發(fā)生直流接地故障。這會導致電流繞過設(shè)計好的電路，通過非預期路徑流動（水往低處流）。

例如上圖：

支路某個點接地，電流會直接流入大地

如果該接地故障未觸發(fā)報警或者接地保護裝置動作，該組串支路的基礎(chǔ)建設(shè)未產(chǎn)生經(jīng)濟效益，對光資源及設(shè)備投入就是浪費！

雖然單次故障可能不會立即導致系統(tǒng)停機，但會產(chǎn)生泄漏電流，這種電流會繞過保護裝置，且隨著時間推移，風險會不斷增加。

直流接地故障為何會引發(fā)火災(zāi)隱患？

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

在正常接地的系統(tǒng)中，首次接地故障會形成一條接地路徑，但其電流可能過小，無法觸發(fā)接地故障保護（GFP）裝置。事實上，許多故障的電流都小于 1 安培，遠低于傳統(tǒng)接地故障檢測器（GFDI）的檢測閾值。

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

引發(fā)直流電弧，對人員構(gòu)成安全風險

熔化絕緣層和導體，損壞設(shè)備

點燃周圍物質(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。

一個功率為 383 千瓦的屋頂光伏系統(tǒng)中，一根 12 號AWG（美國線規(guī)）導體出現(xiàn)了 2.5 安培的接地故障。由于該電流過小，無法觸發(fā)接地故障檢測器（GFDI），系統(tǒng)仍繼續(xù)運行。

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

這一慘痛事件凸顯了兩個關(guān)鍵問題：

小型故障并非危險性更低

未被檢測到的接地故障可能升級為災(zāi)難性事件

為何接地故障難以檢測？

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)標準的接地故障保護裝置，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器（GFDI）保護裝置通常需要幾安培的電流才能熔斷熔斷器

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

環(huán)境條件（如干燥天氣）可能會暫時提高電阻，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時）導致間歇性電流泄漏

因此，主動檢測至關(guān)重要。即使系統(tǒng)仍在運行，也可能存在隱藏的故障。

接地故障如何引發(fā)電弧故障？

當受損導線形成高電阻路徑，產(chǎn)生熱量和火花時，接地故障便可能引發(fā)電弧故障。

直流電弧的危險性尤為突出，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

直流電弧可能點燃周圍物質(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致電弧閃光事故，對技術(shù)人員構(gòu)成致命風險。

如果系統(tǒng)中存在隱藏的接地故障，打開熔斷器座或從端子上拔出導體時，可能會切斷帶有環(huán)路電流的電路，進而引發(fā)閃絡(luò)。在最嚴重的情況下，這會導致：

嚴重燒傷

聽力損傷

爆炸沖擊傷

設(shè)備損壞

因此，在帶電系統(tǒng)上作業(yè)時，即使系統(tǒng)看似運行正常，在打開非負載分斷型隔離開關(guān)之前檢測電流，并佩戴個人防護裝備（PPE），都是必不可少的安全措施。

為確保檢測安全，技術(shù)人員必須：

在打開熔斷器座或組件互聯(lián)裝置等非負載分斷型隔離開關(guān)之前，使用非接觸式鉗形表檢測電路中的電流

佩戴適當?shù)膫€人防護裝備：

--絕緣手套

--阻燃服

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

接地故障如何損壞設(shè)備？

除安全風險外，接地故障還會降低設(shè)備性能和可靠性。

若接地故障未被檢測和修復，可能導致：

逆變器反復跳閘，縮短運行時間

監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯誤

故障點發(fā)生腐蝕或長期磨損

光伏組件、接線盒或主干導體損壞

此外，由未診斷出的故障導致的反復跳閘，可能會掩蓋其他問題，并隨著時間推移增加維護成本。

主動檢測的重要性

防止接地故障演變?yōu)槲ｋU事故的最佳方法，是盡早檢測并隔離故障。福祿克SMFT-1000 太陽能多功能I-V曲線測試儀和 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：

進行絕緣電阻測試

識別對地電阻較低的導體

在發(fā)生重大故障前隔離有問題的組串或電路

精準定位接地故障的位置

設(shè)計更安全的接地故障檢測系統(tǒng)

新型系統(tǒng)架構(gòu)有助于降低隱藏故障的風險：

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

組件級電力電子設(shè)備（MLPE）可將故障限制在單個組件范圍內(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)并非絕對可靠。定期檢測和記錄必須成為所有維護流程的一部分。

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安全知識

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結(jié)語

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

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