1.4 光伏电站运行与维护常用工器具的使用

1.4.1 光伏电站运行与维护常用仪器仪表的使用

1.数字万用表

（1）常用功能

数字万用表是电工日常工作中常用的仪表之一，常用档位为直流电压档、交流电压档和电阻档。数字万用表不仅可以用来测量被测量物体的电阻、交直流电压，还可以测量晶体管的主要参数以及电容器的电容量等。数字万用表实物外观如图1-8所示。

（2）使用方法

准备工作：启动万用表，观察液晶显示是否正常，电量是否充足，如电量不足则应更换电池。

注意事项如下所述。

● 使用前应掌握被测量元器件的种类、大小，选择合适的档位、量程，测试表针的位置。

● 如果无法预先估计被测电压或电流的大小，则应先拨至最高量程档测量一次，再视情况逐渐把量程减小到合适位置。

● 数字万用表测量电阻、电压时显示屏显示的是有效值。

● 数字万用表红表针对应万用表内部电池的正极，黑表针对应万用表内部电池的负极。

● 改变量程时，表针应与被测点断开。

● 不测量时，应随手关闭数字万用表的电源。

（3）操作步骤

① 测量交流电压时使用交流电压档，将表针插入待测电路，读取读数。

② 测量直流电压时使用直流电压档，将数字万用表并入电路测量，红色表针接触待测元件的正极，黑色表针接触待测元件的负极，读取读数。

③ 测量电阻时使用电阻档，待测元件须为独立的不带电设备。表针接触待测元件两端，读取读数。

（4）应用实例

下面通过万用表测量来检查熔丝的好坏。

①熔丝带电时使用电压档测熔丝两端电压。熔丝完好时，两端电压为0V；但熔丝熔断时，上端为所在电路电压，下端与电路脱离，两端电压为一数值较小的悬浮电位，一般不超过5V。故熔丝熔断时，上下两端电压值显著增大。

对于直流电路，电压会稍有波动，熔丝上下端对地电压的波动规律一致。同一时刻，若上下端对地电压相同，就可以判定熔丝完好。

② 保险不带电时须使用电阻档，依据测量电阻值的方法测量熔丝的电阻。如果熔丝完好，可测得一电阻值，读数很小；如果熔丝熔断，万用表测得无穷大，显示OL。

2.绝缘电阻表

（1）常用功能

绝缘电阻表又称兆欧表、摇表、梅格表，是用于测量最大电阻值、绝缘电阻、吸收比以及极化指数的专用仪表。主要由三部分组成：第一部分是高压发生器，用以产生直流电压；第二部分是测量回路；第三部分是显示部分。绝缘电阻表的外观如图1-9所示。

（2）使用方法

准备工作：绝缘电阻表在工作时，自身产生高电压，而测量对象又是电气设备，所以必须正确使用绝缘电阻表，否则将会造成人身或设备事故。使用前要做好以下各种准备。

① 测量前必须将被测设备电源切断，对地短路放电，决不允许设备带电进行测量，以保证人身和设备的安全。

② 对可能感应出高压电的设备，必须采取相应的安全措施，才能进行测量。

③ 被测物表面应去掉绝缘层，减少接触电阻，确保测量结果的正确性。

④ 测量前要检查绝缘电阻表是否处于正常的工作状态。

⑤ 绝缘电阻表使用时应放在平稳、牢固的地方，且远离大的外电流导体和外磁场。

⑥ 在测量时，注意绝缘电阻表要正确接线，否则将引起不必要的误差甚至错误。

注意事项如下所述。

● 测量前，应将绝缘电阻表保持在水平位置，切断被测电器及回路的电源，并对相关元件进行临时接地放电，以保证人身与绝缘电阻表的安全和测量结果的准确。

● 测量时必须正确接线。绝缘电阻表共有3个接线端，即线接线端、地接线端和屏蔽端。

● 绝缘电阻表接线柱引出的测量软线绝缘应良好，两根导线之间和导线与地之间应保持适当距离，以免影响测量精度。

● 在进行测量时，不能用手接触绝缘电阻表的接线柱和被测回路，以防触电。

● 测量时，各接线柱之间不能短接，以免损坏。

（3）操作步骤

① 测量电机等一般电器时，仪表的线接线端与被测元件（如绕组）相接，地接线端与机壳相接。测量电缆时，除按上述规定连接外，还应将仪表的屏蔽端与被测电缆的护套连接。

② 测量后，用导体对被测元件（如绕组）与机壳之间放电后拆下引接线。直接拆线有可能被储存的电荷电击。

（4）应用实例

以测试电机绝缘电阻为例，操作步骤如下。

① 绝缘电阻表表针一端接触电机外壳（不带漆皮处），一端接触电机电源线中的一相线头，用500 V档位加压，查看显示的电阻值，其阻值应大于500 MΩ或显示OL。

② 换电机电源线中另一相线头，重复如上试验，结果应和第一步一致。

③ 将绝缘电阻表两根表针分别接触电机电源线三相中的任意两相，重复如上试验，此时，绝缘电阻表应显示为OL或无穷大，若将绝缘电阻表调至电阻档，则显示数值为10Ω左右。如果以上三步均正常，则表示此电机的绝缘和内电路良好。

④ 使用绝缘电阻表测试绝缘后，应分别对绝缘电阻表及表针、电机进行放电，即让表针或者插头短时短接，并短时接触接地极。

⑤ 绝缘电阻表表针、电机外壳、电机三相分别短时接触接地极。

3.钳形电流表

（1）常用功能

钳形电流表的原理是建立在电流互感器的基础上的，当松开扳手使钳口闭合后，根据互感器的原理，在其二次绕组上产生感应电流，测量得到二次绕组上的电流并通过一定的数值转换就可得到被测导线上的电流并显示在钳形电流表的液晶显示屏上。当握紧钳形电流表扳手时，电流互感器的铁心可以张开，被测电流的导线进入钳口内部作为电流互感器的一次绕组。

钳形电流表是由电流互感器和电流表组合而成。主要用于变压器铁心、夹件接地电流测试。钳形电流表的外观如图1-10所示。

（2）使用方法

准备工作：检查钳形电流表的电量是否充足、状态是否正常。工器具有呆扳手、活扳手、记录表等。

注意事项如下所述。

● 正确选择钳型电流表的电压等级，检查其外观绝缘是否良好，有无破损，指针是否摆动灵活，钳口有无锈蚀等。

● 被测电路电压不能超过钳形电流表上所标明的数值，否则容易造成接地事故或者引起触电危险。

● 在使用钳形电流表前应仔细阅读说明书，弄清是交流还是交直流两用钳形电流表。

●钳形电流表每次只能测量一相导线的电流，被测导线应置于钳形窗口中央，不可以将多相导线都夹入窗口测量。钳形电流表测量导线的正确使用方法如图1-11所示。

● 使用钳形表测量前应先估计被测电流的大小，再决定使用哪一量程。若无法估计，可先用最大量程档然后适当换小些，以准确读数。不能使用小电流档测量大电流，以防损坏仪表。

● 观测钳形电流表的测量数据时，要特别注意保持头部与带部分的安全距离，人体任何部分与带电体的距离不得小于钳形电流表的整个长度。

● 使用钳形电流表测量结束后把开关拔至电流最大量程档或OFF位置，以免下次使用时不慎过电流，并应将钳形电流表保存在干燥的室内。

（3）操作步骤

① 打开钳形电流表，调至合适的测量位及量程。

② 握紧扳手使钳口张开，将被测导线放入钳口中央，然后松开扳手使钳口闭合紧密。钳口的结合面如有杂声，应重新开合一次，如仍有杂声应处理结合面，有尘污时要擦拭干净，使其读数准确。

③ 由于钳形电流表本身精度较低，在测量小电流时，可采用下述方法：先将被测电路的导线绕几圈，再放进钳形表的钳口内进行测量。此时钳形表所指示的电流值并非被测量的实际值，实际电流应当为钳形表的读数除以导线缠绕的圈数。

④ 读数后将钳口张开，将被测导线退出。

（4）应用实例

以测量三相异步电动机空载工作电流为例，如图1-12所示。操作步骤如下。

① 打开钳形电流表开关，调至交流“～”测量位，根据电动机功率估计额定电流，以选择表的量程。

② 打开空载三相异步电动机。

③ 把钳形电流表卡在三相异步电动机进线中的一根上。

④ 起动电机，读出钳形电流表的数值。待测量数据显示稳定后读数，并重复测量两次。记录3次测量结果，取平均值。

⑤ 如果3相电流都要测量，只需要重复上述③④步即可。

4. I-V曲线测试仪

（1）常用功能

I-V曲线测试仪是太阳能光伏电站进行日常维护的一种专用仪器，用于测量单个光伏组件或组串的I-V特性、主要性能参数、温度和外部的太阳能辐射。

以HT I-V400为例，具体功能为：测试光伏组件或组串的输出电压；测试光伏组件或组串的输出电流；测量参考光伏组件或组串外部的太阳能辐射功率；可自动或手动方式使用P T1000测温探头测量光伏组件、组串、环境的温度；测量光伏组件或组串的直流视在功率；显示图形化的I-V特性；测量光伏组件阻抗等。HT I-V400的外观和测试接线图如图1-13和图1-14所示。

（2）使用方法

HT I-V400的使用方法如下所述。

① 启动仪器。

② 仪器显示屏显示的界面如图1-15所示。

V_dc表示仪器的C₁和C₂输入端之间的电压，即太阳电池板的直流输出电压。

I_rr表示参考光伏组件测量的太阳能辐射功率。

T_c表示温度探针测量的光伏组件温度。

Module表示内部数据库中上次使用的参数模块。

Temp表示光伏组件温度的测量模式。

③ 按〈ENTER〉键，选择Settings选项，然后按〈ENTER〉键确认，即可进入设置被测光伏组件类型和组串中光伏组件数量的界面。设置好光伏组件的类型和数量，即可测量出光伏组件相应的性能参数。

5.红外热像仪

（1）常用功能

红外热像仪就是将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像。热图像上面的不同颜色代表被测物体不同部位的不同温度。红外热像仪通过有颜色的图片来显示被测量物体表面的温度分布。运维人员可以根据温度的微小差异来找出温度的异常点，根据被测物体的构造和特性进行分析，发现并诊断问题，提出改进方案。

红外热像仪的外观如图1-16所示。

（2）使用方法

红外热像仪的使用方法如下所述。

① 对准：将红外热像仪对准目标物体。

② 焦距：旋转焦距控件调整焦距，直到显示器上显示的图像最为清晰。

③ 拍摄：热像仪显示捕获的图像和一个菜单。

（3）应用实例

① 用红外热像仪检测光伏组件。光伏组件的发电电流大小、自身电阻消耗以及是否损坏或者老化都能从红外热像仪对单块组件的热像分析中得出。红外扫描应重点检查电池热斑、有问题的旁路二极管、接线盒、焊带、连接器等。

红外热像仪还可以给光伏组件建立热像图谱库并指定热像图谱标准，通过测试同种品牌不同状态下损坏的情况，对比光伏组件热像的区别，在光伏组件的维护和故障诊断中快速找出故障原因。用红外热像仪检测某光伏组件界面显示如图1-17所示。

② 用红外热像仪检测汇流箱。光伏电站运维工作中一般通过对汇流箱每个支路的电流大小进行测试，来检查各支路的发电情况和效率。由于支路数目多，汇流箱内部接线紧凑，测量时又必须保证一定光照强度下进行快速测量，所以操作非常麻烦。

用红外热像仪对汇流箱进行红外成像，各支路因发电电流的大小而产生的热量差异能直观地在热像中体现出来。通过红外热像仪，不需要用电流表进行测量来判断支路是否有电流。

红外热像仪还能检测汇流箱中的断路器、熔断器、内部线路的运行情况，通过对比能够快速预判元器件的工作状态以及可能产生的故障。支路电流以及熔断器、电缆连接线路的红外成像图如图1-18和图1-19所示。

③ 用红外热像仪检测光伏电站的高压元器件和设备。光伏电站某些元器件和设备处于高压运行，电压高、危险大、安全性要求高，可以用红外热像仪检测。光伏电站的运维工作中引进红外热像仪检测技术对电站的常规巡检定检、故障诊断、故障提前预防以及光伏电站发电效率的分析有很大的帮助，大幅减少了运维工作成本，标志着光伏电站从粗放建设管理的阶段进入了对电站细节高要求、高精度、高标准的运营阶段。变压器冷热循环的红外热成像如图1-20所示。

6.智能运维机器人

目前，光伏组件的清洗方式根据电站类型的不同分为很多种类。

荒漠大型地面电站一般可使用半自动化清洗车进行清洗。该清洗方式只适用于地面较为平坦、地面坡度在可承受范围以内、方阵的间距足够大、清洗车子可通行的电站。坡度较大的或山地电站不能使用。

对于分布式电站，由于其规模较小，目前一般是采用人工清洗方式。但屋顶分布式电站有其特殊性，人工清洗还存在一定的风险。例如，密集的方阵清洗就比较困难，人员需要踩踏边框，这样易对组件造成隐裂；另外，一年多次清洗，需要经常踩踏屋顶，使屋顶有漏水风险，容易造成屋顶业主和光伏发电投资人之间的矛盾。

随着智能运维的需求日益增大，无人机巡检、组件清洗机器人等智能设备得到开发，并成功应用到光伏的运维领域。智能运维机器人的优势是无水清洁、智能控制、无人值守、运行参数自由设置、充电方便等。智能运维机器人如图1-21所示。

智能运维机器人目前可以用来及时清理尘垢污渍、准确探测光伏组件的热斑、检测出效能低下的光伏组件，实现数据的自动传输和人机互动远程控制，尤其可以在晚上进行运维，真正达到了高度智能、高效、安全及无人值守的目的。

7.智能运维无人机

（1）智能运维无人机的分类

智能运维无人机按重量可分为微型无人机、轻型无人机、小型无人机以及大型无人机。微型无人机的空机质量小于等于7 kg。轻型无人机的空机质量大于7 kg但小于等于116 kg，且全马力平飞中，校正空速小于100 km/h，升限小于3 km。小型无人机的空机质量大于116 kg但小于等于5700 kg。大型无人机的空机质量大于5700 kg。

目前应用比较多的是微型无人机和轻型无人机。

（2）多翼无人机的工作原理

多旋翼无人机是一种具有三个及以上旋翼轴的特殊的无人驾驶飞行器。其通过每个轴上的电动机转动带动旋翼，从而产生升推力。旋翼的总距固定，而不像一般直升机那样可变。通过改变不同旋翼之间的相对转速，可以改变单轴推进力的大小，从而控制飞行器的运行轨迹，光伏巡检用的M600多旋翼无人机如图1-22所示。

以四旋翼无人机为例，电机1和电机3逆时针旋转的同时，电机2和电机4顺时针旋转，因此飞行器平衡飞行时，陀螺效应和空气动力扭矩效应完全被抵消。与传统的直升机相比，四旋翼无人机的优势：各个旋翼对机身所产生的反扭矩与旋翼的旋转方向相反，因此当电机1和电机3逆时针旋转时，电机2和电机4顺时针旋转，可以平衡旋翼对机身的反扭矩，四旋翼无人机的工作原理图如图1-23所示。

（3）多翼无人机的操作方法

多旋翼无人机的基本控制操作：遥控器的左右各有一个遥杆，摇杆处在整个行程的中立位，可以向前、后、左、右进行拨动，四个方向分别对应油门、偏航、俯仰、横滚。目前有两种操作方式比较常用，分别是美国手和日本手。美国手左边的是偏航与油门，右边是横滚与俯仰；日本手左边是偏航与俯仰，右边是横滚与油门。

操作流程：选择起飞、降落场地→规划进出场航线→做好飞行前准备工作→无人机起飞。

（4）多翼无人机的应用

国内现在已经建成的地面光伏电站大多都是几十MW以上的规模，这些大型地面光伏电站覆盖面积大，组件系统排布密集，日常电池板巡检工作量很大。用无人机来监测电站能够明显提高对电站隐患、故障的定位检查能力。同时无人机还具有强大的数据处理能力，通过无人机和红外相机采集光伏电站温度、图像、地理位置等数据，快速处理并分析出电池板的状态，定位故障电池板的位置。使用无人机技术来进行光伏电站的运维效果图如图1-24所示。

使用无人机技术进行光伏电站的运维还具有如下特点。

① 成本低廉。光伏电站传统的预防性运维方案是采用派驻人员、车辆到相关的光伏电站运维点进行定期检查的方式来防范重大问题和事故，这一运维方案费时、费力、费钱，对于大型光伏电站来说，高频次综合性的检查在成本上远高于使用无人机进行运维的方案。

采用无人机进行光伏电站的运维工作，能节省车辆、人员、燃油等诸多成本，并且能减少派出人员到光伏电站相关运维站点进行运维的费用。据统计，现在租用一台能够执行一系列光伏相关运维任务（包括组件、线缆及其他部件的视觉成像、红外热成像以及植被监测）的无人机，一年的费用大概在15～50万元，是所有的光伏电站运维方案中成本最低的。

② 功能强，效率高。无人机可以瞬间采集多种不同的数据，实时精确地锁定故障点的地理坐标。这种多类型数据采集的能力还支持GP S标注、视觉成像、激光测距脉冲雷达成像，甚至还可以对可见光波长以外的光信号进行探测。

无人机还将采集的数据实时传送至控制中心进行分析，光伏系统问题的诊断和判别效率将极大提升。另外它还能通过模式识别和变化检测技术提供更为经济便捷的预防性方案，全方位监控电站的“健康”状况，进一步优化运维响应速度。

低空飞行并携带有高分辨率红外相机的无人机可以清晰拍摄到光伏组件的许多问题，如龟裂、蜗牛纹、损坏、焊带故障等，也可以发现污点和植被遮挡这类问题，还可以使用热成像技术来监测汇流箱、接线盒、逆变器等电气设备的温度，从而可以有效避免各种电气故障的发生，无人机热成像图如图1-25所示。