1 含光伏電源的配電系統(tǒng)漏電保護(hù)問題

　　光伏電源接入后，其與儲(chǔ)能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、交直流負(fù)載及保護(hù)裝置共同組成了一個(gè)小型的發(fā)配電系統(tǒng)，如圖1所示。由于含光伏電源的配電系統(tǒng)包含直流環(huán)節(jié)設(shè)備，在電流的傳輸中不同于傳統(tǒng)的交流傳輸，其傳輸過程中可能產(chǎn)生的漏電流形態(tài)也更加復(fù)雜。含光伏電源的配電系統(tǒng)的普及，在改善能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的同時(shí)，也面臨著更加嚴(yán)峻的用電安全挑戰(zhàn)，如圖1所示。

　　含光伏電源的配電系統(tǒng)中，相較于“PV絕緣故障”問題，“漏電流故障”問題更常見，并且很有可能伴隨出現(xiàn)漏保設(shè)備跳閘(若系統(tǒng)有安裝)等現(xiàn)象。主要表現(xiàn)為：逆變器和電網(wǎng)斷開，進(jìn)入保護(hù)模式，屏幕顯示“漏電流故障01/02/03/04”報(bào)錯(cuò)信息，如圖2，同時(shí)可能引起漏保設(shè)備動(dòng)作(若系統(tǒng)有安裝)。

　　該故障說明逆變器和漏電保護(hù)檢測(cè)到光伏系統(tǒng)對(duì)地有漏電流產(chǎn)生。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(NBT 32004-2018)6.7.2要求，若該故障發(fā)生，逆變器必須立即停止工作，進(jìn)入保護(hù)模式，從而保護(hù)人身和設(shè)備安全，如圖3所示。

　　2 含光伏電源的配電系統(tǒng)漏電流量測(cè)方法

　　目前，漏電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展方向主要集中在量測(cè)方法、保護(hù)方法和漏電保護(hù)產(chǎn)品的研發(fā)三個(gè)方面。電流傳感器作為漏電保護(hù)器電流量測(cè)部分的核心，如何有效的提取出微弱的電流信號(hào)，成為漏電流的量測(cè)研究的重難點(diǎn)。

　　考慮到含光伏電源的配電系統(tǒng)包含直流設(shè)備，為解決含有直流信號(hào)的剩余電流檢測(cè)問題，本文主要對(duì)直流漏電流的量測(cè)問題進(jìn)行介紹比較，主要包括直流電流互感器、霍爾電流傳感器和磁通門電流傳感器三種量測(cè)方法。

　　2.1直流電流互感器

　　直流電流互感器主要通過被測(cè)電流對(duì)帶有鐵芯線圈的感抗的變化，間接地改變激磁電流，來反映被測(cè)電流的大小，原理示意圖如圖4所示。

　　目前在電力系統(tǒng)中，直流電流互感器的作用除了用于測(cè)量直流電流之外，也大量的用于整流系統(tǒng)中，充當(dāng)電流反饋元件，或者用于控制和保護(hù)其他元件。

　　2.2霍爾電流傳感器

　　霍爾電流傳感器的主要器件是霍爾元件，霍爾元件可以感應(yīng)通電導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)，把磁場(chǎng)按一定比例轉(zhuǎn)化成電壓輸出。霍爾電流傳感器的優(yōu)勢(shì)是可以測(cè)量任何波形的電流，缺點(diǎn)是溫漂問題比較嚴(yán)重。由于霍爾器件為半導(dǎo)體材料制成，外界環(huán)境溫度變化時(shí)會(huì)影響器件的載流子濃度，進(jìn)而影響測(cè)量值精確度。因此在一些需要高可靠性的應(yīng)用場(chǎng)合，霍爾電流傳感器具有一定的劣勢(shì)。

　　霍爾閉環(huán)電流互感器原理如圖5所示，該線路主要由磁電轉(zhuǎn)換部分、放大部分及驅(qū)動(dòng)補(bǔ)償線路部分等組成，整個(gè)測(cè)量回路形成閉環(huán)系統(tǒng)。

　　2.3磁通門傳感器

　　磁通門技術(shù)的基本原理是利用軟磁性材料易于磁飽和的特性，通過周期性的交流激勵(lì)信號(hào)使磁芯達(dá)到或近似達(dá)到周期性的磁飽和狀態(tài)，且磁飽和頻率為激勵(lì)信號(hào)頻率的兩倍。當(dāng)沒有外加磁場(chǎng)時(shí)，相鄰兩次的磁飽和波形完全相同，當(dāng)外加磁場(chǎng)或外加電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)通過磁芯時(shí)，相當(dāng)于給磁芯中的磁場(chǎng)外加一個(gè)偏置,改變了其相鄰兩次磁飽狀態(tài)的深度(或改變其到達(dá)時(shí)間)，由此便可測(cè)量外加磁場(chǎng)或流。電壓激勵(lì)型磁通門如圖6所示。

　　對(duì)以上三種漏電流量測(cè)方法進(jìn)行比較，分析結(jié)果如表1所示。

　　結(jié)合分析可以看出：磁通門電流傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、小型化、功耗低、高穩(wěn)定性、高抗震性、準(zhǔn)確度高、漂移低、線性度好和防磁能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，磁通門傳感器相較于霍爾原理傳感器優(yōu)勢(shì)包括：

　　(1)磁通門電流傳感器通過對(duì)正負(fù)激勵(lì)電流的差分

　　信號(hào)進(jìn)行放大，從而消除零點(diǎn)偏移誤差和磁場(chǎng)干擾帶來的誤差，進(jìn)而提高磁通門傳感器的靈敏度和穩(wěn)定性;而霍爾傳感器的零點(diǎn)漂移問題主要來自于信號(hào)放大電路中的運(yùn)放漂移，其溫度漂移則因其半導(dǎo)體性質(zhì)，半導(dǎo)體散射系數(shù)、載流子密度和均受溫度影響，故霍爾傳感器對(duì)溫度較為敏感，進(jìn)而影響檢測(cè)精度。

圖 2 漏電流故障報(bào)錯(cuò)

　　(2)磁通門磁芯無需開口切割，其結(jié)構(gòu)更為完整，強(qiáng)度更高，耐用性更好，能夠更好地抵御物理損壞和外部干擾，磁芯的輸出穩(wěn)定性更佳，可靠性更高;而霍爾傳感器的霍爾元件在工作時(shí)需要與開口相連，靈敏度降低，生產(chǎn)成本也相對(duì)較高。

　　(3)磁通門傳感器在工作過程中產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)使得傳感器對(duì)外界噪聲和干擾的影響較小，更加不容易被干擾;而霍爾傳感器由于其檢測(cè)磁場(chǎng)的效應(yīng)很小，通常需要使用放大器等電路進(jìn)行增強(qiáng)，這些電路本身也會(huì)引入噪聲和干擾。此外，霍爾傳感器還易受環(huán)境溫度、磁場(chǎng)方向等因素的影響。因此，磁通門傳感器相比霍爾傳感器具有更好的抗干擾性能。

　　3 含光伏電源的配電系統(tǒng)漏電故障案例分析

　　雨季來臨，漏電故障頻發(fā)。由于含光伏電源的配電系統(tǒng)容量較大，導(dǎo)致組件的平鋪面積較大，系統(tǒng)本身就存在較強(qiáng)的電容特性，很容易受到環(huán)境濕度影響，產(chǎn)生系統(tǒng)容性漏電。特別是在早晚或者陰雨天氣更為嚴(yán)重。通過電橋測(cè)試法檢測(cè)晴天和雨后對(duì)地電容值，測(cè)試結(jié)果如圖7和圖8所示，雨后寄生電容約是晴天的3倍，考慮到光伏組件平鋪面積的影響，該值差別會(huì)更大。除此之外，線纜外皮裸露、接地不良、匯流箱體密封性較差等問題也會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)漏電故障。

　　含光伏電源的配電系統(tǒng)漏電故障的時(shí)常發(fā)生?？紤]到光伏系統(tǒng)漏電流成分復(fù)雜，電流副值少，電流幅值小的特點(diǎn)，要求光伏漏電流必須采用Type B，也就是交直流漏電均能測(cè)量的電流傳感器。

　　因此，我們可以在含光伏電源的配電系統(tǒng)中配置MAGTRON的漏電流傳感器(圖9)，實(shí)現(xiàn)高隔離電壓等級(jí)B型漏電流檢測(cè)。當(dāng)光伏系統(tǒng)中產(chǎn)生漏電流時(shí)，可實(shí)現(xiàn)高邊

　　電流采樣以使得保護(hù)裝置快速關(guān)斷。

　　該系列產(chǎn)品基于直流電流的開環(huán)磁通門傳感器量測(cè)方法，同時(shí)滿足交直流測(cè)試，其搭配自主研發(fā)的內(nèi)部集成自檢功能Self-Check模塊的iFluxgate?芯片，量測(cè)精度達(dá)1~2%，響應(yīng)速度快，能夠有效實(shí)現(xiàn)含光伏電源的配電系統(tǒng)中復(fù)雜漏電流的可靠保護(hù)，且滿足國(guó)標(biāo)、歐標(biāo)、美標(biāo)規(guī)定，面對(duì)突發(fā)漏電故障時(shí)能夠準(zhǔn)確保護(hù)，在多級(jí)保護(hù)中具有選擇性，解決了傳統(tǒng)的漏電流檢測(cè)的痛點(diǎn)，性價(jià)比很高。

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