光伏背板用KPK绝缘封装材料局部放电特性研究

来源:用户上传      作者:尹月琴 张华健 张展图 李庚宸

　　摘   要：随着光伏产业的不断发展，KPK型背板在光伏背板市场中的占有率日益增长。但在高电压情况下，KPK型背板会产生局部放电现象，破坏光伏发电绝缘系统。为此，文章利用脉冲电流法搭建了局部放电实验平台，分别对KPK型背板通电不同时长，通过对实验数据进行处理，绘制局部放电相位分布（PRPD）图谱，分析研究KPK型背板的局部放电特性。这将有助于深入研究光伏背板老化机理，提高光伏系统的使用寿命。
　　关键词：局部放电;KPK型背板;局部放电相位分布图谱
　　随着光伏发电产业的发展，人们对其使用寿命、发电效率有了更加严格的要求。作为光伏发电系统的核心部分，光伏组件直接决定了整个光伏发电系统能否长期稳定运行。光伏组件通常由玻璃、EVA、电池片、背板组成。而背板作为光伏组件最外侧的屏障，其质量的优劣不仅影响封装性能，更直接决定光伏组件的运行性能。KPK型背板作为有双面含氟材料的特性以及具有明显的成本优势，其市场需求日益增加[1]。
　　但在高电压条件下，KPK型背板会发生局部放电反应，使得光伏发电系统绝缘出现过早失效现象。因此，研究KPK型背板局部放电特性，对进一步揭示绝缘老化机理、延长背板使用寿命，具有重要的理论意义和实际应用价值。
　　目前，现有研究多是对PET膜进行局部放电分析，但尚未对整体KPK型背板进行相关研究。例如，英国Adhikart等[2]分析了PET膜受到局部放电影响后其化学和物理劣化过程，研究了其相位成分和元素组成的变化;日本Okamota等[3]进行了绝缘材料在高温情况下发生局部放电使用寿命研究，发现负放电脉冲会导致PET膜随时间发生显著变化。本文对KPK型背板进行了局部放电实验，并实时采集局部放电信号，通过对数据处理，绘制局部放电相位分布（Phase Resolved Pluse Sequence，PRPD）图谱，进而分析和研究KPK型背板局部放电特性。
　　1    实验平台搭建
　　本文基于脉冲电流法设计了局部放电实验平台，其原理如图1所示。
　　为了实验结果准确性，本平台选用远方GK10010交流变频稳压电源作为电源输出，其作用在于当输入端口电网电压出现波动时，可以及时对电压进行补偿，对输出电压幅值进行调整，以减少电压波动所产生的干扰;为模拟实际运行条件下的局部放电，选用HNSC BK1200型200/3 000 V的升压变压器提高实验电压;采用佳仪HFCT-050高频带脉冲电流互感器收集局部放电信号;利用品极DP-100高压差分探头采集样品两端电压信号，然后将所采集信号实时传至KETSIGHT MSO-X 4104A示波器和计算机中进行储存。
　　实验样品为厚度为340 μm的KPK型背板，在进行局部放电实验前，先对样品进行物理性压平，以减少其褶皱对实验的影响。然后用无水酒精清洗样品，以消除表面杂质，并使用施耐德SL-001电离鼓风机对样品进行干燥处理。最后将样品放置于铜电极之上。根据实验要求，首先测量样品的起始局部放电电压（PDIV），测得其电压约为1 364 V，然后将实验电压调至其1.1倍，即1 500 V，并在25 ℃，45%～65%相对湿度条件下分别以30 min，60 min，120 min进行放电实验。
　　2    实验结果分析
　　通过局部放电量、相位和放电次数及三者之间关系，绘制PRPD图谱能够更深入研究局部放电特性。通过对实验数据进行处理，采用如图2—4所示的PRPD图谱，其中，“○”表示为局部放电信号密集区域，“?”表示局部放电信号稀疏区域。
　　可以看出，样品在正半周期发生放电主要集中在18°～85°，而在负半周期发生放电主要集中在198°～261°，并且放电幅值在正负半周内是不相同的。理论上，在正半周期和负半周期的放电规律应是对称的。但由于电极与绝缘材料之间的气体在不同程度上被电离击穿，不同气体对正负半周放电击穿的空间电荷影响不同，进而影响绝缘中的放电发展。因此，实际的正、负半周放电图形存在一定的差异[4]。对于放电幅值较低的PRPD图，放电時间相对较短且放电频率相对较高。相反，对于放电幅值较高的PRPD图，放电时间相对较长且放电频率相对较低。
　　3    结语
　　本文搭建了局部放电实验平台，对KPK型背板进行了局部放电实验，通过绘制PRPD图谱分析了局部放电特性。实验结果表明，在不同放电时间下，放电幅值、放电频率均有所差异。此外，本文还对引起此差异的原因进行了探讨，为延长KPK型背板的使用寿命、分析绝缘失效及老化机理提供了参考。
　　[参考文献]
　　[1]夏文进，章博，张育政，等.从光伏背板技术发展路线谈氟碳涂料技术发展[J].涂料工业，2016（4）：82-87.
　　[2]ADHIKARI D，HEPBURN D M，STEWART B G.PD characteristics and degradation in PET insulation with vented and unvented internal voids[J].Electric Power Systems Research，2013（4）：65-72.
　　[3]OKAMOTO T，SUZUKI H，HOZUMI N，et al.Partial discharge endurance life of polymer insulating materials at high temperature[J].Electrical Engineering in Japan，1999（1）：15-22.
　　[4]李庆民，刘伟杰，韩帅，等.环氧树脂绝缘高频电热联合老化中局部放电特性分析[J].高电压技术，2015（2）：389-395.
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