作者：威尔・怀特（Will White），福禄克高级应用专家

接地故障有多种不同类型，其中部分类型比其他类型更易于诊断和定位。目前有多种测试技术可用于识别和定位故障，但要确定哪种测试能快速得出准确的结果，往往颇具挑战性。无论光伏系统的类型或规模如何，接地故障都是光伏装置中最常见的问题之一。

当载流导体接触接地金属部件时，可能会引发多种问题，具体如下：

• 非载流金属部件（如组件框架）可能会带电，从而构成重大安全隐患。
• 接地故障可能会产生电弧，电弧产生的热量和火花可能引发火灾。
• 电流通过接地故障流向地面，而非流入逆变器，这会降低系统性能并减少经济收益。

在本文中，我们将简要介绍接地故障的类型，探讨可用于识别和定位接地故障的各类测试方法，并说明应在何时使用不同的测试方法以快速获得结果。

直流接地故障的两种类型

接地故障主要分为两种类型：永久性接地故障（硬接地故障）和间歇性接地故障。

1. 永久性接地故障指载流导体与接地金属部件之间形成低电阻连接，其特点如下：
   • 故障始终存在，且会触发逆变器中的接地故障检测系统。
   • 永久性接地故障的成因众多，但多数源于施工操作不当。
   • 常见的安装错误包括导线挤压、安装过程中导线损坏，以及导线管理方式不当。
   • 由于此类接地故障始终存在，使用下文所述的任何一种测试方法都相对容易检测到；不过，部分测试方法因其流程要求或其他限制，可能需要数天时间才能完成检测。
2. 间歇性接地故障属于高电阻故障，其出现与消失取决于环境或机械条件，具体特点如下：
   • 故障常由跟踪阵列挤压导线引发。
   • 当系统处于潮湿环境中（如下雨时或清晨有露水时），也可能出现此类故障。
   • 由于间歇性接地故障可能具有高电阻且呈瞬态特性，因此其识别难度较大，定位难度则更高。
   • 此类故障可能仅在特定条件下才会触发逆变器的接地故障保护机制。

想了解这两种故障更深入的区别？请继续阅读 《永久性接地故障与间歇性接地故障有何区别》 一文。

接地故障定位的测试方法

绝缘电阻测试

福禄克工具 1587 FC 绝缘万用表, 1537 绝缘电阻测试仪, SMFT-1000 多功能I-V 曲线测试仪

原理与工作方式

• 定义：绝缘电阻测试（IRT）是一种用于检测对地电阻较低的导体的方法。
• 机制：向导体发送高压、低电流信号，并测量对地泄漏电流，该电流以欧姆（Ω）为单位表示。
• 解读：电阻值较低表明可能存在接地故障。

适用场景

• 故障位置未知时：当无法确定哪个电路存在接地故障时使用。
• 系统性隔离检测：
  • 先对整个汇流箱进行测试，以缩小故障影响范围。
  • 随后对故障汇流箱内的各个支路进行测试。
• 间歇性故障检测：
  • 有助于检测部分间歇性接地故障。
  • 推荐使用方式是在相同环境条件下对相似支路进行对比测试。

适用于

• 永久性接地故障（对地路径明确、电阻低）。
• 大型光伏系统中故障的初步隔离。
• 对相似光伏支路进行对比测试，以发现细微问题。

局限性

• 故障定位精度：绝缘电阻测试无法精确定位接地故障的具体位置。
• 需物理断开：通常需要将支路隔离（例如，将负极从汇流排断开），此操作会导致：
  • 耗时较长
  • 若反复操作，可能造成设备磨损或损坏
• 间歇性故障检测：
  • 可能会遗漏仅在特定条件下出现的故障。
  • 需要对相似电路进行仔细对比，才能推断出问题所在。
• 无法单独得出结论：需与福禄克 GFL-1500 配合使用，才能精确定位故障位置。

想了解如何使用绝缘电阻测试定位间歇性接地故障？请继续阅读 《如何测试光伏支路的间歇性接地故障》一文。

对地电压测试

福禄克工具： 福禄克 283 FC/PV 1500V 数字万用表, 福禄克 393 FC 1500V 钳形表

原理与工作方式

• 定义：一种诊断方法，用于测量直流正极或负极导体与地面之间的电压。
• 正常状态：在大多数情况下，当逆变器关闭时，直流正、负极导体与地面之间应无电压（即测量值接近零）。
• 故障状态：接地故障会使导体（正极或负极）与地面形成连接，导致该导体与地面之间出现可测量的电压差。

应用：

• 帮助识别哪个光伏支路存在故障。
• 通过基本计算，可估算故障在支路中的大致位置。

适用场景

• 查找故障支路：检测哪个支路存在接地故障。
• 故障位置估算：利用电压测量值和简单计算，对故障位置进行大致估算。
• 间歇性故障排查：若能重现引发故障的条件（如移动跟踪器、在潮湿条件下测试），则可检测间歇性故障。

适用于

• 永久性接地故障（直接、低电阻故障）。
• 需要大致估算故障位置的场景。
• 环境条件可变、可重现故障的阵列。

局限性

• 需隔离操作：
  • 必须将光伏支路的负极与其他支路或逆变器断开。
  • 此操作耗时较长，存在安全风险，且若频繁操作可能损坏端子。
• 对间歇性故障并非始终有效：
  • 需能可靠重现故障条件才能检测。
• 仅为粗略估算：
  • 只能提供故障的大致位置，无法精确定位。

有关此测试流程的更多详细信息，请参阅 《如何利用电压测量值定位太阳能光伏阵列中的接地故障》。

高级接地故障定位测试

福禄克工具： 福禄克 GFL-1500 接地故障定位仪

原理与工作方式

• 定义：一种专门用于快速识别和定位太阳能光伏系统中接地故障的工具。
• 分析功能：
  • 测量开路电压、正极对地电压和负极对地电压。
  • 估算故障电阻（单位：欧姆），并返回以下四种结果之一：

1. 永久性故障（电阻低，存在对地电压）
2. 未检测到故障
3. 高电阻故障（存在对地电压，但电阻较高）
4. 高电容与高电阻（因系统特性导致结果不确定）

• 故障定位功能：
  • 注入可追踪信号，可通过接收器（带声音警报）或钳形表追踪该信号，从而精确定位故障位置。
• 开路检测功能：
  • 注入可追踪信号，通过接收器追踪该信号，以找到电路中断点的具体位置。
• 绘图功能：
  • 向电路中发送可追踪信号，通过接收器或钳形表追踪该信号，从而绘制阵列中的电路分布图。若安装文档和支路分布图不清晰或缺失，此功能非常实用。

适用场景

• 永久性接地故障的检测与定位：
  • 快速检测是否存在接地故障。
  • 精确定位故障具体位置。
• 间歇性故障排查：
  • 若能重现引发故障的条件（如移动跟踪器、在潮湿条件下测试），则可检测间歇性故障。
• 断点识别：
  • 可找到开路断点（如组件之间的互联失效）。
• 电路映射：
  • 有助于为无准确接线文档的系统绘制电路分布图。

适用于

• 需要快速、精准排查故障的技术人员。
• 永久性接地故障及多种高电阻故障。
• 手动测试速度过慢或结果不确定的场景。
• 结构复杂或无文档记录的阵列（此类场景中电路映射十分重要）。

局限性

• 需专业培训：
  • 存在初始学习曲线，使用者必须熟悉设备操作才能有效使用。
• 并非对所有故障都有效：
  • 对于高电容、高电阻的系统，可能返回不确定结果。
• 依赖设备参数输入：
  • 需正确输入参数（如组件数量），才能通过分析功能中的组件图表确保故障定位精度。
• 部分应用需遵循正确流程：
  • 在部分流程和功能中，必须隔离电路才能获得准确结果。

G获取分步指南： 《如何测试光伏支路的永久性接地故障》

应选择哪种接地故障测试方法？何时使用？

接地故障的表现形式并非固定不变，因此单一测试方法无法独立满足所有需求。无论是何种设计或质量的光伏系统，都可能单独或同时出现永久性故障与间歇性故障。为了高效、安全地排查故障，技术人员应始终准备多种诊断工具，以便快速确认接地故障的存在、精确定位故障位置，并尽快使系统恢复运行。

可通过下表对比各类测试方法的优势与局限性，并根据故障类型和现场条件选择合适的测试方法：

测试方法、适用场景、局限性及推荐工具

无论从哪种方法入手，若能准备好这三种诊断方案并灵活运用，就能更大限度地快速识别并解决接地故障 —— 无需反复试错，也能避免不必要的停机时间。

结论：安全、速度与精度，始于合适的工具

太阳能技术人员通常面临着安全、快速恢复系统运行的压力。无论是持续性还是间歇性的接地故障，都可能对人员安全和电力输出造成威胁。因此，核心目标十分明确：

1. 识别故障
2. 精确定位故障
3. 高效、安全地修复故障

要实现这一目标，技术人员需根据所处理的具体故障类型，匹配对应的测试方法。通过电压测试或绝缘电阻测试，或许能快速发现硬性故障，但要对其进行精确定位，则需要更高的精度。若未满足特定条件或未使用合适的工具，间歇性接地故障可能难以被检测到。而在更复杂或高风险的系统中，像 Fluke GFL-1500 接地故障定位仪这类高级诊断工具，能大幅减少故障排查的时间和工作量。

简而言之，若想确保光伏（PV）系统安全、高效运行并实现盈利，就需配备全套工具，并掌握合理使用这些工具的知识。只有这样，才能根据故障类型匹配对应方法，一次性精准解决问题。