光伏系統 800V 變 400V 隔離降壓變壓器技術白皮書，卓爾凡電源技術方工 139-2926-3356

一、光伏低壓并網的核心挑戰與技術路徑

在集中式光伏電站與工商業分布式光伏系統中，隨著組件串聯數量增加及組串電壓提升，部分高壓型逆變器輸出電壓可達三相 800V（線電壓）。而低壓并網場景（如接入 400V 配電網）要求將電能轉換為符合 GB/T 15543《三相電壓不平衡度》及 IEC 61727《光伏系統電網接口特性》的標準電壓等級。800V 變 400V 隔離降壓變壓器作為核心電能轉換設備，需同時實現電壓變換、電氣隔離、諧波抑制及系統保護等功能，其技術設計需滿足嚴苛的并網規范與可靠性要求。

二、變壓器核心技術原理與設計要點

（一）電磁轉換架構設計

采用雙繞組隔離式結構，初級繞組匹配 800V 輸入（線電壓），次級繞組輸出 400V（線電壓），電壓變比嚴格遵循√3:1（相電壓比約 462V:231V）。核心參數如下：

額定容量：50kVA~2500kVA（覆蓋小型工商業到中型電站需求）

頻率范圍：50Hz/60Hz 自適應

轉換效率：≥98.5%（100% 負載時，GB/T 1094.11 一級能效標準）

空載損耗：≤0.3% 額定容量，負載損耗≤1.2% 額定容量

（二）鐵芯與繞組材料選型

鐵芯：采用 0.23mm 超薄硅鋼片（牌號 30Q120），疊片系數≥0.97，磁密控制在 1.7T 以下，降低磁滯損耗與渦流損耗。配合全斜接縫工藝，噪聲水平≤55dB（1m 距離）。

繞組：初級 / 次級均采用高純度無氧銅線（純度≥99.99%），導體截面積按 IEC 60287 電流密度標準設計（銅繞組≤2.5A/mm2），并采用多層絕緣紙包繞，層間電壓耐受≥3000V AC。

（三）絕緣與防護設計

絕緣系統：采用 F 級絕緣材料（耐溫 155℃），初級與次級繞組間設置 0.5mm 銅箔屏蔽層，接地端連接至箱體 PE 端子，共模抑制比（CMRR）≥80dB，有效抑制高頻共模干擾。

防護等級：IP20（室內型）/IP54（戶外型），戶外型箱體采用 2mm 厚度鍍鋅鋼板，表面噴涂聚酰胺環氧樹脂（鹽霧測試≥1000 小時），適應 - 40℃~+55℃環境溫度。

三、關鍵性能優勢與系統價值

（一）電氣隔離的安全保障

故障隔離：通過 10kV/min 工頻耐壓測試（初級 - 次級 / 初級 - 地），當光伏側發生接地故障時，可阻斷故障電流向電網側傳導，符合 GB/T 19939《光伏系統并網技術要求》的防孤島保護配合。

諧波抑制：實測 THD（總諧波失真）≤3%（輸入側 800V THD≤5% 時），通過繞組分布電容優化設計，抑制 3 次、5 次、7 次諧波分量，滿足 IEEE Std 519-2014 諧波限值要求。

（二）電網適應性優化

電壓穩定性：配備有載調壓開關（可選），可在 ±5% 范圍內調節輸出電壓，補償光伏陣列因光照變化引起的輸入電壓波動（800V±10% 時輸出 400V±1%）。

短路阻抗：設計為 6%~8%（根據容量調整），限制并網時的沖擊電流，配合逆變器軟啟動功能，合閘涌流≤3 倍額定電流（持續時間＜50ms）。

（三）可靠性工程設計

溫升控制：采用軸向油道（油浸式）或強制風冷（干式）散熱方案，頂層油溫升≤60K（油浸式）/ 繞組溫升≤75K（干式），配置溫度傳感器與風機聯動控制（啟動溫度 80℃，停止溫度 60℃）。

機械強度：通過 IEC 60068-2-6 振動測試（10Hz~200Hz，1.5g 加速度），適用于沙漠、沿海等多風沙、高濕度地區。

四、典型應用場景與配置方案

（一）集中式光伏電站低壓并網

在 10MW 以下光伏電站中，通過多臺 800V/400V 變壓器并聯，將逆變器輸出的 800V 電能轉換為 400V 后接入箱式變電站。典型配置：

單機容量：500kVA~1000kVA

并網接口：通過 4P 銅排連接至低壓配電柜，中性點直接接地（TT 系統）或經電阻接地（IT 系統）

保護配置：內置溫度保護、過流保護，外接斷路器分斷能力≥50kA（有效值）

（二）工商業屋頂光伏系統

針對 50kVA~250kVA 分布式光伏項目，采用干式隔離變壓器，安裝于逆變器與并網點之間，滿足以下需求：

空間要求：體積較傳統非隔離變壓器減小 15%（采用緊湊型設計），適配屋頂有限安裝空間

防火要求：符合 UL 1561 干式變壓器阻燃標準，絕緣材料氧指數≥30%

能效管理：空載損耗＜0.5kVA（50kVA 機型），年節能率≥12%（與傳統硅鋼變壓器對比）

五、選型與安裝技術規范

（一）選型參數表

（二）安裝要點

接地系統：變壓器中性點與外殼 PE 端需獨立接地，接地電阻≤4Ω（依據 GB 50169《接地裝置施工及驗收規范》）。

線纜配置：輸入 / 輸出電纜采用交聯聚乙烯絕緣（XLPE），截面按 IEC 60287 載流量計算，建議留 20% 裕度。

保護配合：初級側安裝 800V 專用斷路器（分斷能力≥35kA），次級側斷路器分斷能力≥50kA，配合逆變器過溫、過壓保護動作時間＜20ms。

六、維護與故障診斷

（一）定期維護項目

絕緣檢測：每季度使用 500V 兆歐表測量繞組絕緣電阻，阻值下降超過 30% 時需檢查絕緣層。

溫升監測：通過溫控儀查看繞組溫度，超過 120℃時觸發聲光報警并聯動跳閘。

外觀檢查：每月清潔散熱孔，檢查箱體密封膠條老化情況（建議 5 年更換）。

（二）典型故障處理

七、結語

800V 變 400V 隔離降壓變壓器作為光伏低壓并網的核心樞紐設備，其技術性能直接影響系統的安全性、效率及電網兼容性。卓爾凡電源通過材料創新（如納米晶合金鐵芯試點應用）、結構優化（3D 打印散熱片）及智能監控（RS485 通信接口），持續提升產品可靠性與智能化水平，助力光伏系統實現 “安全并網、高效發電” 的目標。在 “雙碳” 政策推動下，該類變壓器將成為高壓型光伏系統接入低壓配電網的標準配置，推動可再生能源并網技術的規模化應用。

審核編輯 黃宇