光伏发电系统电气设备故障及处理探讨

引言：全球能源转型与新能源推广背景下光伏发电系统因清洁、可持续的特性被广泛应用，但系统中电气设备长期暴露于复杂环境，故障频发会严重影响发电效率与运行安全。光伏发电系统电气设备是实现能量转换、存储与传输的核心，涵盖光伏组件、逆变器等关键部分，其稳定运行直接决定系统整体性能，基于此，文章对光伏电气设备故障类型、检测方法及处理措施展开研究，希望为相关运维与技术人员提供实践参考，助力提升光伏系统运维水平。

1 光伏发电系统电

1.1 光伏组件故障

光伏组件是光伏发电系统将太阳能转化为电能的核心部件，其运行状态直接决定系统整体发电效率， 一旦出现故障不仅会降低发电量，还可能引发安全隐患。热斑故障是光伏组件常见问题， 组件美面破树叶 灰尘等异物遮挡或个别电池片性能衰减时，被遮挡区域会从发电单元转变为耗能单元，在强光照射下产生 重时会烧毁组件背板甚至引发火灾，实际运行中部分组件因长期未清理表面污垢，热斑现象发生概率较定期维护的组件 出 30 隐裂也是组件故障的重要形式，多由运输过程中的剧烈振动、安装时的不当受力或温度骤变导致，隐裂虽初期不会明显影响组件输出功率 但会随着时间推移逐渐扩大，破坏电池片内部结构，导致组件功率持续衰减，且隐裂区域易受外界水汽侵蚀，引发组件内部电路腐蚀， 步缩短组件使用寿命[1

1.2 逆变器故障

逆变器作为光伏发电系统的电能转换核心设备，负责将组件产生的直流电转化为符合电网标准的交流电，其故障会直接导致系统无法向电网供电或供电质量不达标。功率模块故障是逆变器最常见的故障类型，功率模块中的IGBT（绝缘栅双极型晶体管）作为核心开关器件，在长期运行中会因承受过大的电压、电流冲击或散热不良而损坏，当 IGBT 出现开路故障时，逆变器输出电流会出现缺相现象，导致电网侧电压波动；若IGBT 出现短路故障则会引发逆变器内部过流保护动作，使逆变器紧急停机，部分大功率逆变器因未配备有效的IGBT 温度监测装置，IGBT 损坏率较配备监测装置的逆变器高出 25% 左右。控制电路故障也会影响逆变器正常运行，控制电路中的微处理器、传感器等元件若受到电磁干扰或电源电压不稳定影响，会导致脉冲宽度调制（PWM）信号生成异常，使逆变器输出交流电的频率、幅值偏离标准值，例如当电流传感器出现漂移故障时，逆变器无法准确采集输出电流信号，会导致过流保护误动作，频繁启停逆变器，缩短设备使用寿命。

1.3 高压电力电缆故障

作为光伏发电系统中不可或缺的电能传输网络，是电力系统中用于传输和分配大容量电能的“高速公路”，对于地埋电缆，因埋设于地下，不占用地面空间，对城市景观影响极小，无电磁视觉污染，受恶劣天气（台风、冰雪、雷电）影响极小，人员不容触及，相对更为安全，但故障查找及修复相对困难，时间且常。

高压电缆故障包括：单相接地短路故障、两相短路故障、两相接地短路故障、三相短路故障。高压电缆常见故障点：箱变高压电缆室电缆头击穿、高压电缆中间头击穿。高压电缆故障分析常常通过故障录波及向量图来进行判断：

单相接地故障录波图要点：

1、一相电流增大，一相电压降低；出现零序电流、零序电压。

2、电流增大、电压降低为同一相别。

3、零序电流相位与故障相电流同向，零序电压与故障相电压反向。

4、故障相电压超前故障相电流约 80 度左右；零序电流超前零序电压约110 度左右。

两相短路故障录波图分析

三相短路故障录波图要点：

1、三相电流增大，三相电压降低；没有零序电流、零序电压。

2、故障相电压超前故障相电流约 80 度左右；故障相间电压超前故障相间电流同样约80 度左右 。

2 光伏发电系统电气设备故障的处理措施

2.1 处理光伏组件故障

处理光伏组件故障需结合故障类型采取针对性措施， 确保在保障安全的前提下恢复组件正常功能，其中针对热斑故障和隐裂的处理是两类核心操作。对于热斑故障，工作人员需先切 障区域持续发热引发安全风险，随后使用专用工具清除组件表面的树叶、灰尘等遮挡物，对于因组件表面污垢 中性清洁剂配合软布对组件表面进行全面清洁，清洁过程中需避免使用硬质工具划伤组件玻璃， 池片性能衰减引发，工作人员需通过 EL 检测准确定位衰减电池片的位置，更换同型号 同参数的电 确保组件的防水性能，避免水汽进入组件内部引发新的故障，更换完成后需通过IV 曲线测试验证组件功率是否恢复至正常范围

对于隐裂故障，若隐裂程度较轻且未影响组件功率输出，工作人员可在组件表面粘贴专用的抗裂胶带，增强组件表面的抗冲击能力，防止隐裂进一步扩大，同时调整组件的安装角度和固定方式，减少组件在运行过程中因振动产生的应力；若隐裂已导致组件功率显著衰减或存在安全隐患，工作人员需整体更换故障组件，更换时需确保新组件的规格、参数与原有组件一致，避免因组件不匹配导致串联电路中电流、电压异常，如图2。

两相短路故障录波图要点：

1、两相电流增大，两相电压降低；没有零序电流、零序电压。

2、电流增大、电压降低为相同两个相

3、两个故障相电流基本反向。

4、故障相间电压超前故障相间电流约 80 度左右。

两相接地短路故障录波图分析

光伏组件故障处理流程图

两相接地短路故障录波图要点：

1、两相电流增大，两相电压降低；出现零序电流、零序电压。

2、电流增大、电压降低为相同两个相别。

3、零序电流向量为位于故障两相电流间。

4、故障相间电压超前故障相间电流约 80 度左右；零序电流超前零序电压约110 度左右。

图3 光伏组件IV 诊断报告

光伏组串IV 诊断报告图

2.2 修复逆变器故障

修复逆变器故障需遵循“先排查后修复” 率模块故障和控制电路故障的修复是保障逆变器恢复运行的关键环节 [3]。针对功率模块故障，维修 员需先断开逆变器与 光伏组 连接， 等待逆变器内部电容放电完成后，打开逆变器机箱，通过万用表测量 IGBT 的导通状态， 若 IGB 开路或短路故障，需更换同型号的 IGBT 模块，更换过程中需注意模块的安装扭矩和散 不良导致新模块再次损坏；更换完成后，维修人员需检查功率模块的驱动电路，测量 步排查驱动芯片和周边电阻、电容等元件，更换损坏的元件，确保驱动电路正常工作， 波形是否正常，确认无异常后再进行并网运行。

对于控制电路故障，维修人员需先使用示波器采集控制电路中 PWM 信号的波形，对比标准波形判断信号是否存在畸变，若 PWM 信号异常，需检查微处理器的供电电压和时钟信号，排查微处理器是否因供电不稳定或电磁干扰出现故障，若微处理器损坏，需更换同型号的微处理器，并重新烧录控制程序，确保程序版本与逆变器硬件匹配；若故障由传感器漂移引发，维修人员需使用标准信号源对电流、电压传感器进行校准，调整传感器的输出精度，对于无法校准的传感器，需及时更换，更换后需通过在线监测系统观察逆变器的运行参数，确保参数采集准确，避免因传感器故障导致保护装置误动作，修复完成后需进行满负荷运行测试，验证逆变器的供电质量和稳定性。

AB西相地短辱K（1.1）典型图

2.3 高压电力电缆线路故障修复

1. 做好安全措施（重中之重）：

a: 向调度申请停电，获得许可。

B: 严格执行 “停电、验电、挂接地线、悬挂标识牌及遮拦”等安全技术措施。

2. 使用兆欧表（摇表）测量电缆各相导体对地及相间的绝缘电阻，判断哪一相是故障相，使用万用表测量导体的通断，判断是否有断线故障。

三相短路故障录波图分析

3. 使用高压电缆故障测试仪寻找故障点。

4. 开挖与修复

a ：开挖：在精确定点后，小心地进行人工开挖，暴露故障电缆。注意周围其他管线的安全。

b. 检查与确认：肉眼确认故障点（通常会有放电灼烧、碳化、破损等痕迹）。. 修复施工：

如果是中间接头故障：切除故障接头，按照极其严格的工艺标准重新制作两个中间接头，并接上一段新电缆。如果是本体故障切除故障段，重新制作中间接头。d. 关键工艺：包括导体压接、半导电层处理、主绝缘打磨清洁、应力锥安装、防水密封等一丝不苟的操作，工艺水平直接决定新接头的寿命。

5. 试验与恢复送电

绝缘电阻测试：确认绝缘已恢复直流耐压试验：考核新修复接头的绝缘强度是否达标。

所有试验合格后，拆除安全措施，向调度申请，恢复送电。送电后一段时间内需加强巡视监测。结束语：

文章围绕光伏发电系统核心电气设备梳理了组件、逆变器、高压电力电缆线路的典型故障，明确了各类故障的检测要点与针对性处理方案，形成了从故障识别到修复的完整应对思路，可为光伏电站日常运维提供具体操作指引，未来研究可进一步结合人工智能与大数据技术，开发电气设备故障智能预警系统，实现故障的提前预判与自动诊断；同时可探索更耐候、高可靠性的设备材料与结构设计，从源头减少故障发生概率，推动光伏发电系统向更高效、更安全、更低运维成本的方向发展。

参考文献：

[1] 陈庆彪 . 光伏发电系统电气设备故障及处理探讨 [J]. 光源与照明 ,2025,(02):115-117.

[2] 贾祥林. 光伏发电系统电气设备故障的常见现象与故障处理[J]. 电气时代,2024,(10):52-55.

[3] 孙建申 . 光伏发电系统电气设备故障及处理探讨 [J]. 光源与照明 ,2024,(09):119-121.

[4] 石凯 , 李光明 , 吴甫 , 等 . 光伏发电系统电气设备故障原因及处理措施分析 [J]. 太阳能 ,2023,(03):58-67.