碳中和大勢(shì)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(jì)復(fù)雜化、應(yīng)用場(chǎng)景多樣化等趨勢(shì)，電站安全問(wèn)題日益突出。其中直流側(cè)配電保護(hù)一直是行業(yè)痛點(diǎn)光伏系統(tǒng)中常用的三種配電保護(hù)器件——熔斷器、斷路器、隔離開關(guān)，名字聽起來(lái)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(shí)際上是不同類型的器件。無(wú)論是從作用原理、標(biāo)準(zhǔn)要求，還是從應(yīng)用場(chǎng)景、保護(hù)效果，都存在很大差異！

配電保護(hù)系統(tǒng)需充分理解系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景保護(hù)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?duì)三種元器件進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

一、作用原理不同

1）熔斷器

一種過(guò)電流保護(hù)器件，由熔體、熔管等構(gòu)成，當(dāng)電流超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，達(dá)到規(guī)定的時(shí)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(hù)的作用。

2）斷路器

能接通、承載以及分?jǐn)嚯娏鞯囊环N機(jī)械開關(guān)電器。由觸頭系統(tǒng)、滅弧系統(tǒng)、操作機(jī)構(gòu)、脫扣器等構(gòu)成，發(fā)生故障時(shí)可切斷故障電路進(jìn)行保護(hù)。短路時(shí)，大電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)克服反力彈簧，脫扣器拉動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，開關(guān)瞬時(shí)跳閘；過(guò)載時(shí)，電流變大發(fā)熱量加劇，雙金屬片變形到一定程度推動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作，使開關(guān)跳閘。電流越大，動(dòng)作時(shí)間越短。

斷路器滅弧能力強(qiáng)，可分?jǐn)啻蠖搪冯娏?，并可多次保護(hù)，整體保護(hù)特性不受時(shí)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(diǎn)，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(dòng)隔離開關(guān)。隨著光伏電站更加智能化，手動(dòng)關(guān)斷方式升級(jí)為電動(dòng)關(guān)斷。

電動(dòng)隔離開關(guān)：通過(guò)逆變器電流互感器檢測(cè)組串電流+DSP信號(hào)控制的方式實(shí)現(xiàn)電動(dòng)分?jǐn)?，將手?dòng)升級(jí)為電動(dòng)。據(jù)了解，1倍電流下可實(shí)現(xiàn)100-300次接通分?jǐn)啵?倍電流下僅可實(shí)現(xiàn)5次接通分?jǐn)?。但是手?dòng)隔離開關(guān)升級(jí)為電動(dòng)隔離開關(guān)只是關(guān)斷方式的升級(jí)，并不能當(dāng)作保護(hù)器件來(lái)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?jǐn)嗟哪芰?；需注意的是，在多匯一場(chǎng)合下（如5路組串接入1路MPPT），電流倒灌超過(guò)50A，開關(guān)內(nèi)部熱量不易散發(fā)，易出現(xiàn)內(nèi)部動(dòng)觸頭支架變形卡死等問(wèn)題。

綜上三種器件原理可見(jiàn)：

熔斷器和斷路器：屬于保護(hù)器件，不依賴外部電路，通過(guò)物理作用實(shí)現(xiàn)可靠的機(jī)械式保護(hù)；

隔離開關(guān)：屬于隔離器件，電動(dòng)隔離能否可靠斷開依賴于檢測(cè)、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(shí)，隔離開關(guān)性能受限，存在斷不開的風(fēng)險(xiǎn)。

二、遵循的標(biāo)準(zhǔn)要求不同

斷路器現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為GB/T14048.2-2020（采用IEC 60947-2:2019國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)），隔離開關(guān)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 14048.3-2017（采用IEC 60947-3:2015國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)）。兩者所從屬的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)熱保護(hù)、磁保護(hù)、額定短路電流的接通或分?jǐn)啾稊?shù)等有較大差異。具體如下表所示。

三、應(yīng)用場(chǎng)景不同

在不同的應(yīng)用場(chǎng)景下，光伏系統(tǒng)對(duì)不同設(shè)計(jì)方案的保護(hù)器件有明確要求。對(duì)于光伏直流側(cè)保護(hù)要求，GBT及IEC等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)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(guò)流保護(hù)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(guò)電流保護(hù)額定值。

2）過(guò)流保護(hù)器件需是符合標(biāo)準(zhǔn)的專用熔斷器或斷路器。

電動(dòng)隔離開關(guān)并不具備保護(hù)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(biāo)準(zhǔn)未將隔離開關(guān)納入保護(hù)器件的根本原因。

四、保護(hù)效果不同

單獨(dú)使用電動(dòng)隔離開關(guān)，未部署熔斷器、斷路器等保護(hù)器件，有何風(fēng)險(xiǎn)？從逆變器安全設(shè)計(jì)方案來(lái)看，不同類型的設(shè)計(jì)方案，過(guò)流后果不同。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，隔離開關(guān)無(wú)法有效保護(hù)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(wú)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(gè)回路發(fā)生短路其余4串電流將會(huì)流向短路點(diǎn)，故障回路將承受4倍短路電流。若隔離開關(guān)無(wú)法斷開，相關(guān)部件將因持續(xù)過(guò)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(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)：

組串反接實(shí)測(cè)：

選取其中一路開展正負(fù)極反接測(cè)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(duì)應(yīng)組件溫度急劇上升，組件二極管溫度超過(guò)150℃當(dāng)場(chǎng)炸裂。

組串反灌實(shí)測(cè)：

選取1路開展反灌測(cè)試，其余4串電流反灌進(jìn)故障組串，反灌電流達(dá)到30。故障發(fā)生后，隔離開關(guān)未能跳脫，對(duì)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(wú)法等同斷路器！

電動(dòng)隔離開關(guān)與斷路器原理作用、遵從標(biāo)準(zhǔn)均有不同，無(wú)法相互取代。隔離開關(guān)可作為冗余器件與斷路器等保護(hù)器件組合，提升系統(tǒng)保護(hù)能力，但不能替代熔斷器或斷路器作為保護(hù)器件單獨(dú)使用。

安全保護(hù)器件選擇與部署，須謹(jǐn)慎。