Как фотоволтаична инсталация намалява времето за престой на низа с 60% с държач за предпазител DC 1000V

История на клиента

45 MW фотоволтаична (PV) централа, разположена в пустинен регион с голяма надморска височина, изпитваше повтарящи се повреди в своите DC комбиниращи кутии. Съоръжението, експлоатирано от независим производител на електроенергия, обслужващ регионална енергийна мрежа, е в експлоатация от шест години. Повече от 1400 низови вериги, захранвани в 28 комбиниращи кутии, всяка от които пренася до 1000 V DC от слънчеви панели до централни инвертори.

Оперативният екип на централата беше изправен пред нарастващ натиск за намаляване на непланираните престои, тъй като местният мрежов оператор въведе по-строги санкции за наличност. При летни температури, надвишаващи 45°C, топлинният стрес върху DC компонентите беше силен.

С какви проблеми се сблъска фотоволтаичната централа преди надстройката?

Оригиналните държачи на предпазители бяха общи единици, предназначени само за 600 V DC. Те бяха маломерни за конфигурацията на струната от 1000 V на завода. В продължение на 18 месеца оперативният екип регистрира 23 повреди на държача на предпазителя в 11 комбинирани кутии.

Симптомите бяха последователни: щипките на държача на предпазителя загубиха напрежение на пружината след многократни термични цикли, създавайки контакти с висока устойчивост. При 1000 V DC, лоша връзка причини локално нагряване и микродъга. В няколко случая държачът на предпазителя се стопи и кутията на комбинатора трябваше да бъде изключена за спешен ремонт. Всеки инцидент струва средно 4800 долара загубено производство на енергия, резервни части и труд.

Предишни опити за повторно затягане на скобите и прилагане на проводяща грес не решиха проблема. След второ разтопяване управителят на завода нареди пълен преглед на спецификациите на държача на предпазителя.

Защо операторът избра държача за предпазител Soutya DC 1000V?

Инженерният екип оцени три алтернативи. Първият беше стандартен държач за предпазител за DIN-шина, номинален за 1000 V DC, но неговите скоби бяха направени от нискокачествена медна сплав, която все още би корозирала в соления пустинен въздух. Вторият вариант беше собствено решение, което изискваше смяна на цялата комбинирана кутия, което надвишаваше бюджета за поддръжка.

Третият вариант беше държачът за предпазител Soutya DC 1000V. Три фактора бяха решаващи:

• Явна номинална стойност 1000 V DC с тествана мощност на прекъсване, която съответства на тока на късо съединение на фотоволтаичната верига при условията на IEC 60269-1.
• Спирални пружинни скоби, изработени от неръждаема стомана и калаена мед, проектирани да поддържат контактно налягане в по-широк температурен диапазон.
• Компактно тяло, което се вписва в съществуващото оформление на комбинираната кутия без повторно окабеляване. Това намалява риска при монтажа и поддържа ниски разходите за труд.

Държачът за предпазител Soutya също се предлага с матов найлонов корпус, който издържа на ултравиолетово разграждане, проблем, който причиняваше крехки пукнатини в старите модули. Мениджърът по доставките потвърди, че Soutya е предоставила тригодишна гаранция въз основа на действителното постоянно напрежение и текущите данни от завода.

Как беше поставен новият държач на предпазителя?

Модернизацията беше поетапна в продължение на четири седмици, по време на прозореца за поддръжка на завода в края на зимата. Оперативният екип смени 520 държача на предпазители на етапи, една комбинирана кутия наведнъж, за да избегне широко спиране на системата.

• Стъпка 1: Екипажът по поддръжката на завода изключи електричеството на една комбинирана кутия и потвърди нулево напрежение на клемите на низа.
• Стъпка 2: Всеки съществуващ държач на предпазител беше премахнат. Техниците документираха въртящия момент на винтовете на клемите и провериха щипките на предпазителите за признаци на искрене.
• Стъпка 3: Новите държачи за предпазители Soutya DC 1000V бяха монтирани с помощта на съществуващата DIN шина и клемни блокове. Силата на поставяне на предпазителя беше забележимо по-висока, което намали вероятността от разместване.
• Стъпка 4: Всяка верига беше тествана с тестер за съпротивление на изолацията на постоянен ток и индикатор за състоянието на предпазителя преди повторно захранване.
• Стъпка 5: Екипът по поддръжката извърши проучване с термично изображение една седмица след връщането на всяка комбинирана кутия в експлоатация.

Единствената значителна трудност беше тясното пространство за огъване на тел вътре в кутиите на комбинатора. Ориентацията на клемите на държача на предпазителя Soutya улеснява прокарването на 6 mm² PV проводници без принудителни завои, така че проблемът беше решен за няколко часа.

Какви количествено измерими резултати е постигнал операторът?

Дванадесет месеца след надграждането операторът сравнява данните за производителността спрямо двете години преди подмяната.

• Времето на престой на низа поради повреда на държача на предпазителя намаля с 60%, от средно 14 часа на месец до 5,5 часа.
• Разходите за смяна на държача на предпазителя паднаха с 45%, от $2800 на тримесечие до $1540. Това включва части, труд и време за термична проверка.
• Непланираните сервизни събития на комбинирана кутия намаляха от 8 на 2 на година. Нито един държач на предпазител не съобщава за образуване на дъга или топене по време на
• Средното повишаване на температурата в контактните точки на държача на предпазителя спадна с 18°C, измерено с инфрачервена камера.

Управителят на завода отбеляза също, че наказанието за наличност от мрежовия оператор е намалено до нула в трите последни месечни отчета за сетълмент. На стресиран пазар само това подобрение оправда инвестицията в хардуер от $11 000.

Препоръка на клиента: Какво каза директорът по поддръжката?

"Изгубихме доверие в оригиналните държачи на предпазители след второто разтопяване. Държачът на предпазители Soutya DC 1000V ни даде надеждна връзка, която можем да предвидим. Резултатите от термично изображение са ясни и моят екип може да се съсредоточи върху почистването и проверките на въртящия момент вместо спешни подмени", каза директорът по поддръжката на завода.

Уроци и препоръки за други оператори на постояннотокови електрически системи

За оперативни екипи, управляващи 1000V DC вериги в слънчеви централи, системи за съхранение или индустриални DC мрежи, проектът предлага три практически извода.

1. Винаги проверявайте действителното постоянно напрежение и тока на повреда на веригата, преди да изберете държач на предпазител. Държач с номинално напрежение 600 V в система от 1000 V представлява опасност, независимо колко добре пасва механично.
2. Проверете материала на скобата на предпазителя и дизайна на пружината. Висококачественото контактно налягане е единствената най-важна защита срещу прегряване при високи DC напрежения.
3. Когато преоборудвате съществуващи комбиниращи кутии, изберете държач за предпазители, който се монтира на съществуващата шина и не изисква подмяна на клемни блокове. Държачът на предпазителя Soutya се представи точно според спецификацията си и проектът беше завършен предсрочно.

Ако централата трябваше да направи това отново, единственото подобрение щеше да бъде подмяната на държачите на предпазителите по-рано, по време на първоначалното въвеждане в експлоатация на оборудването. Стойността на профилактиката беше една трета от стойността на първите два аварийни ремонта.

Референции

[1] IEC 60269-1. Предпазители за ниско напрежение. Част 1: Общи изисквания [S]. 2020 г.https://webstore.iec.ch/publication/62496

[2] Характеристики на стареене на контактни електроди на нисковолтови DC превключватели [J]. Енергии, 2021, 14 (20): 6838.https://doi.org/10.3390/en14206838