根据权威报道，光伏电站火灾案例中，直流电弧引发的火灾占比较大，成为光伏电站火灾的“带头大哥”。光伏电站直流电弧故障是一种时常发生、隐蔽性强、具有发展性、可以引起灾难性后果的“顽疾”。本文着重分析直流电弧火灾的主要类型，及国内外对相关内容的主要规范要求。
在光伏电站中，直流电弧的产生是一种常见且危险的故障现象。这种情况通常是由于接点脱落、器件老化、绝缘破裂或接地不良等因素引起的。与交流电弧相比，直流电弧的危害更为严重，因为它没有过零点，一旦产生就会持续燃烧，极难熄灭，从而极易引发火灾事故。
据统计数据显示，超过半数的光伏电站火灾事故是由直流电弧引起的。随着光伏组件规格的增大，直流侧系统的功率和电流也在不断增强。根据焦耳定律Q=I²Rt，当电流增大一倍时，短路点的热效应将增加四倍，这进一步增加了引发火灾的风险。直流电弧的产生主要包括以下几类：
一、直流电弧分类
（1）串联电弧
串联电弧，也被称作拉弧，是光伏电站中一种常见的故障现象。这种故障通常是由于组件间的电缆插头接触不良、组串电缆与汇流箱或逆变器的连接不牢靠等原因引起的。
在光伏电站中，由于存在大量的串联插头，例如一个1MW的屋顶光伏电站就有2000个对插点，这使得保证所有插头品质优良和接点对插良好变得极为困难。随着时间的推移，插头还可能出现老化问题，这些隐患都可能导致接触不良，进而形成直流电弧。
目前，虽然一些逆变器已经集成了拉弧保护功能，但这种保护存在两个主要问题。首先，一旦其中一个组串出现拉弧故障，整个逆变器就会停机，从而造成巨大的发电量损失。其次，这些逆变器缺乏拉弧故障定位功能，导致运维人员无法及时准确地找到电弧发生的具体位置。
实际上，这使得问题无法得到根本解决。运维人员通常只能采取技术复位保护措施，使逆变器继续运行。因此，尽管逆变器集成了拉弧保护功能，但它并不能真正有效地解决拉弧故障问题。
（2）并联电弧
并联电弧故障主要由线路破损导致正负极性导体之间发生短接，或者是组串电缆之间短接所引起的。当组串电缆受到机械挤压或磨损时，会在正负极之间或不同组串之间产生电弧放电。此外，如果系统出现串联电弧故障且未及时处理，串联电弧产生的热量可能会损坏电缆绝缘层，进而引发并联电弧。
当组件方阵的主导体之间发生并联电弧时，由于电弧能够获得足够的能量，因此更加难以熄灭，这种情况可能会引发严重的火灾事故。虽然断开光伏系统的直流母线或相应组串可以熄灭串联电弧，但对于并联电弧来说，这种方法却无法奏效，甚至可能导致更大的电流流经电弧通路，使电弧燃烧更加剧烈。
目前，尽管逆变器中集成了电弧保护功能，但这种功能通常无法检测到并联电弧和接地电弧。值得注意的是，并联电弧的破坏力往往是串联电弧的10倍，因此其安全隐患更大。
（3）接地电弧
部件的老化、破损或机械损伤都可能导致对地放电的现象。当光伏组件铺设在彩钢瓦屋顶上时，这种情况尤为明显，可能会引发接地电弧或漏电问题。这种故障往往难以排查和发现，特别是在雨天更为常见。
目前，常见的解决方法是暂停逆变器运行，等待接地处干燥后再重新启动。然而，这种方法并不能有效排除隐患，还可能增加人身触电的风险。因此，我们需要更加有效的措施来解决这一问题，以确保光伏电站的安全运行。
（4）直流高压
在光伏电站中，光伏组件通过串联方式连接形成直流高压电路，电压水平通常达到1500V左右。这意味着即使在系统停机状态下，光伏组件矩阵内仍然维持着较高的直流电压。
对于屋顶光伏电站来说，一旦发生火灾，无论是光伏电站本身还是与之相邻的建筑物，救援工作都会变得异常困难，因为高电压的存在给安全施救带来了极大的挑战。此外，在日常的电站运维检修或物业保养过程中，运维人员也面临着触电的风险，需要格外小心操作，确保自身安全。
二、国内外相关的法律法规及规范要求
（1）美国：
在最新版美国国家电气规范NEC2020文件中要求：
以距离到光伏矩阵305mm为界限，界限范围外，在触发设备启动后30S内，电压降低到30V以下；界线范围内，要求具有“光伏危险控制系统”，或在触发设备启动后30S内，将电压降低到80V以下。
（2）加拿大：
根据加拿大电气安装法规 Canadian Electrical Code 2021版要求：
当光伏系统直流侧电压大于80V时需安装电弧故障中断设备或者其它等同设备。
当光伏系统安装在建筑内或者建筑上，应安装快速关断装置。在光伏组件1米外，快速关断装置触发后，要求30S内将电压降低至30V以下。
（3）德国：
根据德国标准 VDE-AR-E 2100-712要求：
在光伏系统中如果逆变器关闭或者电网出现故障时，需要使直流电压小于120V。提到使用关断装置使直流侧电压降至120V以下。
（4）澳洲：
根据最新AS/NZS 5033:2021标准的4.3.3章节提到：
当直流电压大于120Vd.c时，组件和逆变器之间需要安装断开装置。
（5）泰国：
泰国国家电气规范（Thai Electrical Code:Solar Rooftop Power Supply Installations2022）中4.3.13章节：
要求屋顶光伏电站必须安装有快速关断装置，且在距离光伏矩阵300mm为界限，装置启动后30秒内界限范围内电压降低到80V以下，界限范围外电压降到30V以下。
（6）国内规范：
建筑物电气装置（国家质量监督检验检疫总局发布 2001年）：
在GBT 18379-2001 《建筑物电气装置的电压区段》中规定I区段电压等级的限值为120VDC，也就是说人体正常情况下可触及导电零件的电压限值为120VDC，这是人体的安全电压。
中国建材标准（中国建材检验认证集团有限公司2018年）：
根据中国建材检验认证集团发布的《户用并网光伏系统检测及评价》：安装在屋顶上的户用并网光伏系统，当直流电压大于120V时，单块光伏组件或组串宜采用快速关断的方式控制危险直流电压，宜采用电弧故障检测、报警及处理系统。
住建部（住房和城乡建设部公告2021年第173号）：
住建部批准《建筑节能与可再生能源利用通用规范》为国家标准，于2022年4月1日起实施。
5.2.5太阳能系统与构件及其安装安全，应符合下列规定：
应满足结构、电气及防火安全的要求。
浙江地方标准（浙江省市场监督管理局2019年） ：
光伏电源并网电气设备应符合GB 50054等国家相关技术标准。根据GB/T 3805和GB/T18379 相关规定，光伏电源应具备技术措施，在施工、维护和检修等情况下能够控制人体可能接触的直流部分电压在120V安全限值范围内。
安徽地方标准（安徽省市场监督管理局2018年）：
根据安徽省质量技术监督局发布的《建筑光伏系统防火技术规范》：建筑光伏系统中需要设置快速关断装置，且对“光伏系统”关闭与“光伏组件”关闭做了区分。对于仅仅实现矩阵快速关断的系统，仍然要求有明显标识说明光伏组件存在直流高压危险。
国家能源局：
2021年11月26日，国家能源局发布了关于公开征求对《关于加强分布式光伏发电安全工作的通知(征求意见稿)》意见的公告。其中，在“项目设计管理”相关章节中明确要求：安装电弧故障断路器或采用具有相应功能的组件，实现电弧智能检测和快速切断功能;光伏组件应具有安全关断保护功能，保证逆变器关机，交流断电后，系统子阵外直流电压低于安全电压。
