碳中和大勢下，光伏產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，隨著大功率組件廣泛應(yīng)用、光伏系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜化、應(yīng)用場景多樣化等趨勢，電站安全問題日益突出。其中直流側(cè)配電保護一直是行業(yè)痛點光伏系統(tǒng)中常用的三種配電保護器件——熔斷器、斷路器、隔離開關(guān)，名字聽起來十分類似，似乎都有隔離、短路的作用，因此，經(jīng)常被行業(yè)混淆、誤解。

由于三者具有相似性經(jīng)常被混用，實際上是不同類型的器件。無論是從作用原理、標準要求，還是從應(yīng)用場景、保護效果，都存在很大差異！

配電保護系統(tǒng)需充分理解系統(tǒng)應(yīng)用場景保護需求，根據(jù)器件特性合理部署，每一種器件發(fā)揮適當(dāng)?shù)墓δ?，讓電站更加安全可靠。本文對三種元器件進行詳細的介紹。

一、作用原理不同

1）熔斷器

一種過電流保護器件，由熔體、熔管等構(gòu)成，當(dāng)電流超過一定數(shù)值時，達到規(guī)定的時間，由熔體自身產(chǎn)生的熱量熔斷熔體，斷開電路，從而起到保護的作用。

2）斷路器

能接通、承載以及分斷電流的一種機械開關(guān)電器。由觸頭系統(tǒng)、滅弧系統(tǒng)、操作機構(gòu)、脫扣器等構(gòu)成，發(fā)生故障時可切斷故障電路進行保護。短路時，大電流產(chǎn)生的磁場克服反力彈簧，脫扣器拉動操作機構(gòu)，開關(guān)瞬時跳閘；過載時，電流變大發(fā)熱量加劇，雙金屬片變形到一定程度推動機構(gòu)動作，使開關(guān)跳閘。電流越大，動作時間越短。

斷路器滅弧能力強，可分斷大短路電流，并可多次保護，整體保護特性不受時間、環(huán)境影響變化。

3）隔離開關(guān)

主要起到隔離作用，使被檢修電氣設(shè)備與電源有明顯斷開點，保證檢修工作安全。以往組串逆變器直流側(cè)均具有人工操作的手動隔離開關(guān)。隨著光伏電站更加智能化，手動關(guān)斷方式升級為電動關(guān)斷。

電動隔離開關(guān)：通過逆變器電流互感器檢測組串電流+DSP信號控制的方式實現(xiàn)電動分斷，將手動升級為電動。據(jù)了解，1倍電流下可實現(xiàn)100-300次接通分斷，4倍電流下僅可實現(xiàn)5次接通分斷。但是手動隔離開關(guān)升級為電動隔離開關(guān)只是關(guān)斷方式的升級，并不能當(dāng)作保護器件來用。

開關(guān)本體的發(fā)熱電流最大50A，在額定電流為40A以內(nèi)使用，可發(fā)揮其快速分斷的能力；需注意的是，在多匯一場合下（如5路組串接入1路MPPT），電流倒灌超過50A，開關(guān)內(nèi)部熱量不易散發(fā)，易出現(xiàn)內(nèi)部動觸頭支架變形卡死等問題。

綜上三種器件原理可見：

熔斷器和斷路器：屬于保護器件，不依賴外部電路，通過物理作用實現(xiàn)可靠的機械式保護；

隔離開關(guān)：屬于隔離器件，電動隔離能否可靠斷開依賴于檢測、控制等外部回路，當(dāng)系統(tǒng)掉電或控制回路出現(xiàn)故障時，隔離開關(guān)性能受限，存在斷不開的風(fēng)險。

二、遵循的標準要求不同

斷路器現(xiàn)行國家標準為GB/T14048.2-2020（采用IEC 60947-2:2019國際標準），隔離開關(guān)現(xiàn)行國家標準為GB/T 14048.3-2017（采用IEC 60947-3:2015國際標準）。兩者所從屬的標準對熱保護、磁保護、額定短路電流的接通或分斷倍數(shù)等有較大差異。具體如下表所示。

三、應(yīng)用場景不同

在不同的應(yīng)用場景下，光伏系統(tǒng)對不同設(shè)計方案的保護器件有明確要求。對于光伏直流側(cè)保護要求，GBT及IEC等相關(guān)標準均做出了明確規(guī)定：

1）單路MPPT接入3串及以上組件，需配置過流保護器件。

注：Ns代表組串并聯(lián)數(shù)量，ISC-MOD代表光伏組件短路電流，IMOD-MAX-OCPR代表光伏組件最大過電流保護額定值。

2）過流保護器件需是符合標準的專用熔斷器或斷路器。

電動隔離開關(guān)并不具備保護能力，其功能作用與斷路器、熔斷器完全不同，這也是相關(guān)標準未將隔離開關(guān)納入保護器件的根本原因。

四、保護效果不同

單獨使用電動隔離開關(guān)，未部署熔斷器、斷路器等保護器件，有何風(fēng)險？從逆變器安全設(shè)計方案來看，不同類型的設(shè)計方案，過流后果不同?，F(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn)，隔離開關(guān)無法有效保護引起組件損壞。

1）1路MPPT接入2串組件：發(fā)生故障后，系統(tǒng)中最大的短路電流或倒灌電流均只有1倍組件短路電流，隔離開關(guān)無法斷開也不影響系統(tǒng)安全。

2）1路MPPT接入3串及以上組件：以1路MPPT接入5路為例，發(fā)生故障后，1個回路發(fā)生短路其余4串電流將會流向短路點，故障回路將承受4倍短路電流。若隔離開關(guān)無法斷開，相關(guān)部件將因持續(xù)過流而損壞直至發(fā)生火災(zāi)。

在此基礎(chǔ)上，回顧下近期業(yè)內(nèi)人士關(guān)注的實測實驗：

組串反接實測：

選取其中一路開展正負極反接測試，該組串與其他4路形成回路，4路組串電流倒灌形成70A電流。故障發(fā)生后，隔離開關(guān)未能跳脫，對應(yīng)組件溫度急劇上升，組件二極管溫度超過150℃當(dāng)場炸裂。

組串反灌實測：

選取1路開展反灌測試，其余4串電流反灌進故障組串，反灌電流達到30。故障發(fā)生后，隔離開關(guān)未能跳脫，對應(yīng)組件與線路溫度急劇上升，一分鐘內(nèi)飆升了49℃（升溫至76.8℃）。

五、總結(jié)

從前文分析可以看出：電子隔離開關(guān)無法等同斷路器！

電動隔離開關(guān)與斷路器原理作用、遵從標準均有不同，無法相互取代。隔離開關(guān)可作為冗余器件與斷路器等保護器件組合，提升系統(tǒng)保護能力，但不能替代熔斷器或斷路器作為保護器件單獨使用。

安全保護器件選擇與部署，須謹慎。