光伏电站的直流拉弧如何防范？

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（来源：北极星光伏学社）

在日常光伏电站运维中，直流侧火灾可谓是我们最常见的安全隐患之一，而深究其根源，直流拉弧往往是主要元凶。许多运维人员对交流电弧较为熟悉，但对直流拉弧的认识却相对不足。

正因为对直流拉弧的认识不足，导致由直流拉弧导致的火灾事故发现滞后、处置困难，甚至酿成重大损失，甚至很多人在火灾发生后还不知道是什么原因导致了火灾发生。

一、直流拉弧到底是什么？

直流拉弧，简单来说就是直流电路里出现的电弧现象。当直流电路断开，或者线路接触不好的时候，两个电极之间会产生气体放电，形成一条持续的电弧通道，这就是直流拉弧。直流电弧温度特别高，能超过3000℃，这么高的温度，金属都能瞬间熔化，绝缘材料也会被烧着。

直流拉弧危险就危险在，它和交流电弧不一样。

交流电的电流方向会周期性变化，在正弦波形中，电流从正变负或者从负变正的时候，会有个瞬间电流值为零的时刻，这就叫过零点。交流电路里，电流一过零，电弧温度会快速下降，电离气体导电能力变弱，电弧自己就灭了。

但直流电的电流方向一直不变，没有自然灭弧的条件。所以一旦出现直流拉弧，电弧就会一直燃烧，温度能达到几千摄氏度。这种高温会很快把金属触头、绝缘材料烧穿，损坏设备，还有可能引燃周围的易燃物。

光伏电站直流侧电缆的起火往往都是直流侧拉弧导致的，而且直流拉弧的特点导致由它产生的火灾，蔓延速度快，燃烧时间长，灭火难度大，设备烧毁更加严重。

二、直流拉弧到底是怎么形成的?

直流拉弧不是突然出现的，而是长期运维疏忽的积累结果。结合运维的经验，咱们给大家总结了几个常见的直流拉弧成因。

1.连接器故障

• 松动：安装MC4接头、接线端子时，没有按规定拧紧。像正常要求拧3到5圈，结果只拧了2圈；逆变器直流端子压接，标准扭矩是8N・m，实际才拧到5N・m。这种情况下，电站长期运行，白天升温、晚上降温，接头就会越来越松，接触电阻变大，最后产生拉弧。

• 氧化：在户外，MC4接头的防水圈用久了会老化，雨水渗进去，金属触点就会氧化。还有汇流箱里的端子，长时间暴露在潮湿环境，表面会形成氧化层，导致电流不能正常通过，从而出现拉弧现象。

• 脏污：接头位置如果残留着松香、灰尘、鸟粪这些脏东西，会让接触电阻增大。时间长了发热，这些杂质可能碳化，最终引发拉弧。

2.绝缘层破损

在铺设电缆的时候，支架边缘太锋利，容易把电缆划破；

在野外的电站，线缆外皮还可能被老鼠咬坏。

一旦导线裸露，碰到支架、水泥基座这些接地的东西，就会出现并联拉弧的情况。

3.组件故障

• 故障：组件接线盒里的旁路二极管烧了，常见原因是组件出现热斑，电流一下子变得太大；汇流箱的直流断路器触点表面氧化；逆变器的直流接触器接触不好。这些元件出问题后，电流没法正常通过，就会强行击穿空气，产生电弧。

• 型号选错：用普通直流线缆代替专门耐候的线缆，或者用额定电流10A的MC4接头连接额定电流20A的组件串。这样长期超负荷工作，元件会持续发热，最终引发拉弧现象。

三、直流拉弧的危害不容小觑

很多运维兄弟觉得"拉弧就是冒个火花，没啥大事"，但实际危害远超想象，总结下来有4点核心影响：

1.直接引发火灾

直流拉弧的温度能超过3000℃，这温度特别高。咱们常用的线缆绝缘层，像PVC、PE材料的，燃点大概才300℃；组件背板用的TPT材料，燃点差不多250℃；还有逆变器里的塑料部件，都很容易被点燃。要是光伏电站着了火，麻烦可就大了。

因为很多电站建在屋顶，或者在野外，附近没有消防用水，火一旦烧起来，很快就会蔓延开，旁边的建筑都可能被引燃，比如屋顶电站把厂房点着了。

2.损坏核心设备

电弧一直存在的话，MC4接头的金属触点会被烧化，汇流箱的端子会被烧毁变形，逆变器直流侧的IGBT模块也会损坏。情况严重的时候，一整串光伏组件都得报废。光是修一个逆变器直流模块，就得花好几万；要是更换组件串，成本更高，能达到十几万。

3.发电量"隐性流失"

出现拉弧后，直流侧的电压和电流会不稳定。逆变器检测到直流侧异常，为了保护设备，会自动降低功率运行，或者直接停机。

比如说，本来能输出100kW的功率，现在可能就降到50kW了。要是拉弧的问题一直没发现，一个10MW的电站，每个月可能少发几万度电，一年算下来，损失的收益能达到几十万。

4.增加触电风险

拉弧会把线缆的绝缘层烧坏，让里面带电的导线露出来。运维人员平时去检查电站的时候，万一不小心碰到这些裸露的导线，就可能触电。特别是下雨天，空气潮湿，人体的电阻变小，触电的危险就更大了。

五、直流拉弧检测方法

对付直流拉弧，事后处置不如事前发现。

AFCI（电弧故障断路器）：

是一种用于检测和切断电路中危险电弧故障的电气保护装置。它能快速采集电流波形，识别出电弧特有的频谱，然后在几毫秒内把电路断开，防止因电弧引发的火灾等安全事故，可以说是检测直流电弧和保护电路的重要设备。

光学红外传感：

通过光学传感器或者红外摄像头，能及时发现异常的光斑或者温度突然变化，提前发出警报。这个方法反应快、判断准，不过得把传感器安装在合适的位置才行。

声学/噪声检测：

电弧放电的时候会产生特定频率（大概在36到41MHz）的噪声。用灵敏度高的麦克风或者噪声分析仪，检测这个频段有没有异常，也能帮助判断是不是出现了电弧问题，可以作为辅助判断依据。

六、应急处置：碰到直流拉弧和火灾，该怎么做？

当监测系统发出直流拉弧警报或运维人员怀疑存在拉弧时，运维人员的"第一反应"直接决定事故后果，那么电站

1. 立即断电：首先远程切断逆变器交流输出，然后按照直流断电规程，依次断开交流侧和直流侧开关。注意：直流拉弧不能简单通过断开交流侧来消除！

2. 现场确认：在确保安全的前提下，派专业人员前往现场确认情况。务必佩戴适当的个人防护装备，包括绝缘手套、护目镜等。

3. 隐患隔离：确认拉弧位置后，隔离受影响组串或支路，防止事故扩大。

4. 火灾扑救：如已引发火灾，立即启动应急预案，使用二氧化碳或干粉灭火器进行扑救。严禁使用水或泡沫灭火器扑救电气火灾！

5. 事后排查：彻底检查拉弧原因，修复或更换受损设备，确保系统安全后方可重新投入运行。

其实说直流电弧引发的火灾很难处理，确实很难，但我们运维平常做好日常监测和细节巡检，不放过每一个未拧紧的接头，不放过电站里流窜的小动物，直流拉弧其实并不难防。