光伏电站运行维护及常见故障分析

引言：随着全球能源危机的加剧和环境问题的日益突出，开发利用可再生能源已成为世界各国的共识。其中，光伏发电因其清洁、安全、可靠等优点，受到越来越多国家和地区的重视。近年来，我国光伏产业快速发展，光伏电站数量不断增加，装机容量持续攀升。然而，光伏电站在运行过程中难免会出现各种故障，影响发电效率和经济效益。因此，做好光伏电站的运行维护工作，提高光伏系统的可靠性和发电量，对于促进光伏产业健康发展具有重要意义。

一、光伏电站运行维护措施

1. 定期巡检

光伏电站定期巡检是运行维护的基础工作。巡检内容包括光伏组件、汇流箱、逆变器、箱变、电缆等设备的外观检查，以及运行参数的测量和记录。巡检人员应仔细观察设备有无破损、变形、锈蚀、污染等异常情况，使用红外测温仪检测组件、线缆等部位有无发热点，并及时处理发现的问题。定期巡检可以及早发现和消除光伏电站的安全隐患，为后续维护工作提供依据。

2. 组件清洗

光伏组件表面如果积聚了大量的灰尘、污垢、鸟粪等杂质，会显著降低光伏组件的发电效率。因此，需要定期对光伏组件进行清洗。清洗时应选择晴朗、无风、温度适宜的天气，避开正午阳光最强烈的时段。可以使用软毛刷、抹布、高压水枪等工具，配合清洁剂和纯净水，轻轻擦拭或冲洗组件表面，清除顽固污渍。清洗过程中要注意控制水压和水温，防止损伤组件玻璃和密封胶。清洗完成后，应该仔细检查组件有无破损，电线接头有无松动，及时修复受损部位。合理的清洗频率可根据电站所在地的环境条件和污染程度确定。

3. 电气设备维护

光伏电站的电气设备主要包括光伏组件、汇流箱、逆变器、箱变、电缆等。要定期检查和维护这些设备，确保其性能稳定、绝缘良好、接地可靠。对于汇流箱，应检查熔丝、避雷器、开关、端子等元器件是否正常，接线是否牢固，有无过热、打火等危险情况。对于逆变器，应检查散热风扇、滤尘网是否干净，直流侧和交流侧的电压、电流、频率等参数是否在合理范围内。还要定期检查和紧固逆变器与汇流箱、箱变之间的电缆连接，确保接触良好[2]。对于箱变，应检查油位、油温、绝缘电阻等指标是否正常，必要时进行绝缘油过滤和更换。定期的电气设备维护可以降低故障率，延长设备使用寿命。

4. 数据分析优化

现代光伏电站普遍配备了监控系统，可以实时采集和记录光伏组串的电压、电流、功率等运行数据。分析这些海量数据可以掌握光伏电站的运行状态，评估其发电性能。运维人员应定期查看监控数据和各项参数的变化曲线，观察其变化趋势是否正常。如果发现某些光伏组串的发电量明显低于同类组串，或者出现电压、电流波动剧烈等异常情况，就要及时分析原因，采取针对性的维护措施。同时，还可以利用大数据分析技术，对历史运行数据进行挖掘和建模，预测光伏电站的发电量，优化运维策略。数据分析优化可以提高光伏电站的运行效率，降低运维成本。

5. 定检预试工作

光伏电站的定检预试工作是保障系统安全稳定运行的关键环节，其主要内容包括：绝缘电阻测试，用于评估变压器绕组、套管等部位的绝缘性能；电容单元电容量及介损测试，检测电容器的性能；变比及联结组别检测，确保变压器参数符合设计要求；绝缘油色谱分析、含水量检测、击穿电压试验等，综合评估绝缘油质量；主回路接触电阻测试，检查导电回路的接触状况；分合闸线圈直阻及绝缘检查，确保其工作状态；分合闸时间测试和同期性检查，考核断路器动作性能；低电压动作试验，模拟特殊工况；气体微水测试，监测设备内部受潮情况；保护及测控装置的检查校验和传动试验，确保其正确动作；接地网电阻测试，判断接地是否可靠等。通过这些定期检测，可以全面了解设备的绝缘、通流、机械、控制、散热等各方面状态，及时发现和消除设备的潜在隐患，从而最大限度地保障设备安全、可靠运行。

二、光伏电站常见故障分析

1. 组件类故障

光伏组件是光伏电站的核心部件，其故障会直接影响电站的发电量和效益。常见的组件类故障有裂纹、蜗牛纹、热斑、玻璃与背板老化、PID 效应、接线盒故障等。裂纹主要是由机械应力、热应力或风振等因素引起的，会导致组件进水，加速老化；破碎则可能是由冰雹、积雪、飞沙走石等外力撞击造成的，影响组件的结构完整性；热斑往往是因为局部遮挡、污染或电池片缺陷导致的，会引起局部发热，降低输出功率；变色一般是 EVA 胶膜或背板材料老化褪色所致，会加剧水汽渗入，引发绝缘故障 ；PID 即电势诱发衰减，是由组件和地之间的高压差引起的，会大幅降低组件的输出电压和功率；蜗牛纹是指因封装材料老化失透而在电池片表面形成的蜗牛爬行状痕迹，会导致组件透光率下降，功率衰减；玻璃老化表现为表面磨砂化、脱碱、开裂碎片，主要是玻璃材质、清洗维护、镀膜工艺等因素导致，影响组件透光性能和安全性；背板老化则表现为褪色、起泡、脱层、开裂，是由于材料配方工艺、紫外线照射、环境侵蚀等原因引起，会导致组件绝缘性能下降，漏电风险加大；接线盒故障主要有接线端子损坏、密封胶失效、防潮透气膜堵塞等，这些故障会引发组件断路、绝缘失效、内部腐蚀等问题，是直接影响组件安全运行的重要因素。这些组件类故障的发生，既有外部环境因素的影响，也有组件自身质量和安装工艺的原因，需要采取针对性地处理和预防措施。

2. 汇流箱故障

汇流箱是光伏电站中的重要电气设备，起着汇集电流、并网控制等关键作用。汇流箱的常见故障包括二极管损坏、熔丝熔断、防雷器失效、端子烧毁等，这些故障会导致光伏组件无法正常输出电流，或者引起直流侧短路、过压等危险。

3. 逆变器故障

逆变器是光伏发电系统的核心设备之一，其作用是将光伏组件产生的直流电（DC）转换为符合电网要求的交流电（AC），并实现系统高效、安全、智能运行。常见故障包括IGBT损坏、电容器鼓包、风扇停转、过热保护、孤岛保护等，这些故障会导致逆变器效率降低，直流侧功率无法正常传输至电网，严重时还可能烧毁逆变器。引发逆变器故障的原因较多，如元器件质量问题、过电压浪涌、过载过热、环境潮湿、锈蚀腐烂等，需要在设备选型、安装、运维等各环节采取有效的预防和管控措施。

4. 箱变故障

光伏电站中的箱式变压器是进行电压变换和并网的关键设备，其常见故障包括绕组故障、铁芯故障、油箱故障、开关和保护装置故障等，绕组故障主要有绕组变形、匝间短路、对地绝缘损坏等情况，会导致箱变局部过热、油量下降等问题；铁芯故障主要是铁芯多点接地、铁芯夹紧不均匀等原因引起的，会导致箱变局部放电、振动增大等；油箱故障主要表现为油位异常、油温过高、油体受潮等，这会加速绝缘老化，引发闪络；开关和保护装置故障则主要是因接触不良、动作失灵等引起的，会导致箱变一二次回路异常，威胁系统安全。

5. 电缆故障

光伏电站中的电缆主要包括光伏组件连接线、直流汇流电缆、逆变器交流电缆等。电缆故障可分为短路故障、开路故障、绝缘损伤等类型，短路故障一般由电缆绝缘层老化破损、异物刺穿、动物啃咬等因素引起，会导致系统跳闸，威胁安全；开路故障主要是由接头松脱、电缆断股等原因造成的，会引起部分回路电流中断，降低发电效率；绝缘损伤则可能是长期运行发热、弯曲挤压变形等因素导致的，漏电流会增加损耗，严重时可诱发短路、起火。

三、光伏电站运行常见故障处理措施

1. 组件类故障处理措施

组件类故障有裂纹、蜗牛纹、热斑、玻璃与背板老化、PID 效应、接线盒故障等。裂纹处理：轻微裂纹（ <5mm ）采用 EL 检测监控发展情况，中度裂纹使用导电银浆修补或局部更换电池片，严重裂纹需整体更换组件，优先选用同型号产品，加强支架抗风设计，减少机械应力影响；热斑治理：立即清除遮挡物（积雪、鸟粪等），激活或更换故障旁路二极管，热斑面积＞ 30% 时更换整块组件，定期红外检测，建立热斑预警机制；PID 效应修复：夜间启用逆变器 PID 修复功能（施加反向电压），严重时拆下组件进行极化处理（ 60% /85%RH 环境），更换为抗 PID 组件（使用特殊 EVA 胶膜）；蜗牛纹 / 变色处理：表面清洁后涂覆防老化涂层，更换老化EVA 胶膜（真空层压工艺），功率衰减＞ 15% 时建议更换组件；玻璃/ 背板老化维护：玻璃镀膜脱落区域喷涂纳米SiO₂ 涂层，背板粘贴专用抗UV 膜（如3M Scotchshield），密封失效时进行二次层压处理；接线盒维修：更换损坏的二极管和接线端子，重新灌注IP68 级密封胶，清理或更换防潮透气膜。在运维阶段，要加大巡检频次，尤其是易发故障的薄弱环节，及时发现问题，采取修复和预防措施。同时定期清洗，改善组件受光，减缓老化速度。对于失效严重的组件，要及时更换，消除安全隐患。

2、汇流箱故障处理措施

汇流箱常见故障包括二极管损坏、熔丝熔断、防雷器失效、端子烧毁等。对于汇流箱故障的处理，首先要根据故障类型和部位，有针对性地进行排查。对于二极管、熔丝等易损元件，检查无异常后可直接更换；对于防雷器失效，要测量其泄漏电流，超标时及时更换；对于端子烧毁，要检查线缆连接是否牢固，必要时重新压接。在故障处理的同时，还要分析故障原因，采取相应的预防措施。比如选用高质量的元器件，提高光伏系统的防雷等级，加强汇流箱的散热和密封设计，规范施工和验收流程，定期开展专项巡检和红外测温等。对于频发故障的汇流箱，还要进行针对性地整改，如更换品牌、优化设计、加装在线检测装置等，从根本上提高其可靠性。

3、逆变器故障处理措施

逆变器故障类型主要有功率器件损坏、电容器鼓包、散热系统异常、孤岛效应等，逆变器故障的处理需要综合考虑故障原因和严重程度，具体检测方法与操作细节如下：功率器件损坏：通过万用表检测IGBT 导通压降，异常时需返厂更换；电容器鼓包：使用电容表测量容量（偏差超 ±15% 需更换），现场替换同规格电容；风扇停转等轻微故障，则可现场更换或修复。针对逆变器散热不良引发的过温故障：清洗散热器灰尘（建议使用压缩空气），检查风扇转速（低于额定值 80% 需更换），优化逆变器安装环境（确保通风间距 ⩾30cm ）；孤岛效应触发：检测并网点电压 / 频率（偏差超 ±5%/±0.5Hz 时），调整逆变器保护定值（如电压恢复时间 ⩽2s ）。除了故障处理，逆变器故障预防也至关重要，选用高可靠性的逆变器产品，科学设计安装方案，规范施工调试流程，加强日常维护保养，可有效降低逆变器故障发生率，针对高发故障的逆变器，还应定期总结故障案例，深挖故障根因，制定针对性的预防措施，持续改进和提升。

4、箱变故障处理措施

光伏电站中的箱式变压器是进行电压转换和并网的关键设备，其故障处理需要考虑故障类型和严重程度。对于绕组变形、铁芯多点接地等轻微故障，可以现场处理。首先，应切断箱变电源，对绕组和铁芯进行检查，必要时对变形绕组进行整形，并调整铁芯夹件，确保各夹件受力均匀，对于绕组匝间短路、铁芯接地不良等严重故障，则需要送修或更换。

箱变油箱故障的处理，需要重点关注油位、油温和油质，油位异常时，需要及时补油或放油至合适位置；油温过高时，需要停运冷却或更换冷却装置；油体受潮时，需要对绝缘油进行过滤和干燥处理。箱变开关和保护装置故障的处理，需要检查触头和传动机构，对接触不良的触头进行打磨，更换老化的弹簧和绝缘部件，必要时调整保护定值。

除了针对性处理，箱变故障的预防也不可忽视，定期进行预防性试验，如绝缘电阻测试、变比测试等，可及早发现隐患，加强日常巡视和红外测温，能有效监测箱变运行状态。优化设计选型，提高箱变的适用性和可靠性。

5. 电缆故障处理措施

电缆短路故障的处理，要首先切断电源，避免事故扩大，然后利用电缆故障测试仪，测量故障电缆的绝缘电阻和泄漏电流，判断故障位置和严重程度，对于局部绝缘损伤的电缆，可剥除故障点周围的绝缘层，包裹绝缘胶带进行修复；对于断股、击穿等严重故障电缆，则需要更换新电缆。电缆开路故障的处理，主要是检查电缆连接头的压接情况，重新压紧或更换接头。处理时，要注意做好绝缘和密封措施。此外，还要在电缆沟、桥架等线路要害部位，设置防鼠、防潮等保护装置。

结束语：

总之，光伏电站的高效稳定运行，离不开精心的运行维护和及时的故障处理。通过定期设备巡检、组件清洗、电气设备维护、数据分析优化和定检预试等手段，可以有效预防和发现光伏系统的各类故障隐患。一旦出现组件类、汇流箱、逆变器、箱变、电缆等故障，就要及时分析原因，采取针对性的处理措施，最大限度地减少故障停运时间和经济损失。这就要求光伏电站的运维人员，不仅要掌握丰富的理论知识，还要积累实际工作经验，遇到问题能够冷静思考，果断处置。

参考文献：

[1] 顾新正 . 光伏电站电气设备运行维护检修方法创新研究 [N]. 山西科技报 ,2025-02-27(A05).

[2] 隋晓东 . 光伏电站电气设备运行维护检修方法创新探索 [J]. 电气时代 ,2024,(08):63-65.

[3] 郑晏. 光伏电站运行状态综合评价与分析方法 [D]. 浙江大学,2024.

[4] 王锋 . 浅谈智能化技术提升光伏电站运维工作安全管控水平 [J]. 电气技术与经济 ,2023,(10):97-99.

[5] 陈俊峰 . 光伏电站电气设备的运行维护研究 [J]. 低碳世界 ,2022,12(09):148-150.

[6] 黄治 . 光伏电站组件和运行方式组合及其容量优化配置研究 [J]. 能源科技 ,2022,20(03):63-67.