Hogyan vágja ki a 690 V-os AC kombinálódoboz 4 az 1-ben 78%-kal a napelemes erőmű váltóáramú oldali hibáit

Egy dél-európai kereskedelmi méretű napelem-üzemeltető tizenkét telephelyen 85 MW földi PV kapacitást kezel. Mindegyik telephelyen nagy teljesítményű, 690 V váltóáramú invertereket használnak. A korszerűsítés előtt a négy inverter és egy lépcsős transzformátor közötti váltakozó áramú oldali kapcsolat volt a legveszélyeztetettebb pont az egész üzemben. A Soutya 690V AC Combiner Box 4 In 1 Out utólagos felszerelése után a kezelő hat hónap alatt 78%-kal csökkentette az AC oldali hibaleállási időt.

Milyen volt az ügyfél háttere és működési helyzete?

A társaság több, 2017 és 2020 között épült, 5 MW-tól 10 MW-ig terjedő PV erőművet üzemeltet. Minden erőműben négy inverterből álló csoportok szállítják a 690 V AC feszültséget külön csatlakozódobozokon és egyedi kapcsolóberendezéseken keresztül, mielőtt a középfeszültségű transzformátorba lépnének.

Az elöregedett vezetékek és a nem integrált védelmi berendezések megbízhatósági problémává váltak. Az üzemekben egy kis O&M csapat dolgozott, és az AC oldali probléma diagnosztizálásának átlagos ideje meghaladta a fél napot. Mivel a régió rövidebb átvételi díjakra tért át, a tulajdonosnak magasabb rendelkezésre állásra és alacsonyabb kilowattóránkénti szolgáltatási költségre volt szüksége.

Pontosan mitől vált visszatérő szűk keresztmetszetté a váltakozó áramú oldali kábelezésük?

Az utólagos felszerelés előtt minden inverter kimenet egy általános 690 V-os AC csatlakozódobozra futott, amely külön öntött házas megszakítókkal, csavaros túlfeszültség-levezetőkkel és sorkapcsokkal volt felszerelve. Ezek a dobozok nem biztosítottak egyenlő fázistávolságot vagy megfelelő hőelvezetést. A hibák három fő formában fordultak elő:

• A 690 V-os adagolók meglazult kapcsai túlmelegedést és időszakos kioldást okoztak.
• A levezetőket megfelelő 2-es típusú koordináció nélkül szerelték fel, így a villámcsapás okozta tranziensek egy év alatt kétszer károsították az inverter teljesítményfokozatait.
• Mivel az egyik inverter karbantartásához egy feszültség alatt álló burkolatot kellett kinyitni, a dolgozóknak le kellett állítaniuk a teljes négy inverterből álló csoportot, ami üzemenként körülbelül 920 dolláros termelési veszteséget okozott óránként.

Az AC-oldali meghibásodások éves összköltsége – beleértve a javítási anyagokat, a munkát és a bevételkiesést – 23 000 dollár volt 10 MW-onként.

Miért válassza a Soutya 690V AC Combiner Box 4 In 1 Out?

Az üzemeltető három alternatívát vizsgált meg: a helyi panelgyártó szabványos váltakozó áramú elosztótábláit, kereskedelmi biztosítékkal ellátott leválasztókat és a Soutya dobozt. A panelgyártó nem tudott olyan 690 V AC kapcsolótáblát szállítani, amely megfelelt az IEC 61643-11 szabvány által előírt 2. típusú túlfeszültség-védelmi teszteknek. A biztosítékkal ellátott megszakítóknál hiányzott a megfelelő rövidzárlati koordináció az alsó transzformátorral.

A Soutya 690V AC Combiner Box 4 In 1 Out pontosan megfelelt a meglévő elektromos topológiának. Négy 690 V AC bemenetet egyesít egyetlen védett kimenetté, négy bemeneti megszakítóval és egyetlen kimeneti megszakítóval. Az integrált túlfeszültség-védelmi berendezés az IEC 61643-11 szabvány szerint van besorolva, és a burkolat elrendezése külön rekeszeket biztosít a kábelezéshez és a feszültség alatt álló gyűjtősínekhez. Ez több mint 60%-kal csökkentette a szükséges alapterületet az előző kapcsolóberendezéshez képest.

Hogyan került bevezetésre a megoldás több webhelyen?

A telepítési projekt három szakaszban, négy hónapon keresztül zajlott. A csapat a legnagyobb hibatörténettel rendelkező üzemet választotta kísérleti helyszínnek.

A fő lépések a következők voltak:

1. Áramtalanította az egyik négy inverteres csoport váltakozó áramú oldalát, és eltávolította a meglévő burkolatot.
2. A Soutya dobozt egy meglévő unistrut keretre szerelte fel a transzformátor közelében.
3. Négy 185 mm²-es rézkábel az inverterektől és egy 300 mm²-es kábel a transzformátorig.
4. A bemeneti megszakítók névleges értékét úgy konfigurálta, hogy megfeleljen az inverter kimeneti védelmének, és az SPD-t 690 V AC rendszerfeszültségre állította.
5. Üzembe helyezte a felügyeleti kimenetet az RS485-re, és ellenőrizte a kioldási küszöbértékeket a SCADA üzemben.

Jellemző nehézséget jelentett, hogy a négy inverter meglévő kimeneti kábelei eltérő hosszúságúak voltak, és különböző tálcákon feküdtek. Ez kissé kiegyensúlyozatlan vonalimpedanciákat okozott. A megoldás az volt, hogy minden csoporton belül gyűjtősín-kiegyenlítő kapcsolatokat telepítenek, és a kábelhosszakat levágják; a terminál hőmérséklete egynapos teljes terhelés után is egyenletes maradt.

Milyen mérhető eredményeket ért el az üzem?

Hat hónappal az első telepítés után az üzemeltető összehasonlította a kísérleti helyszínt a korábbi teljesítményével:

• Az AC-oldali hibagyakoriság az évi tizenkét eseményről három alá esett, ami 75%-os csökkenést jelent.
• A 690 V AC hibák miatti nem tervezett leállások 78%-kal csökkentek, ami évente 11,5 további óra teljes terhelést jelent invertercsoportonként.
• Az AC-oldali meghibásodás éves költsége, beleértve a termeléskiesést is, 21 000 dollárról 5 500 dollárra csökkent 10 MW-os erőműenként.
• Az egyes invertercsoportok telepítési ideje két teljes napról négy órára csökkent, így telephelyenként 1600 USD munkaerőt takarított meg.
• Egyetlen inverter leválasztása karbantartás céljából már nem igényli az egész csoport leállítását; a csoport 75%-os kapacitással online marad.

Mit mond az üzemvezető?

Az üzemeltető üzemmérnöke így jellemezte a hatást: "A Soutya 690V AC kombinálódoboz a legrosszabb hő- és túlfeszültség-hibákat szüntette meg 690 V-on. Tizenkét hónap alatt egyetlen betápláló terminált sem húztunk meg, és egyetlen invertert is le tudunk szigetelni anélkül, hogy az egész blokkra leállna a termelés. Ez a változás megtérült ebben a projektben."

Mit tanulhatnak más ipari és napelemes szolgáltatók ebből az utólagos felszerelésből?

Ez az eset számos tanulságra mutat rá, nem korlátozódik az eredeti üzemre.

• Az AC oldali védelem ugyanazt a specifikációs szigort érdemli, mint a DC oldali húrvédelem. Az IEC 61643-11 2. típusú tesztelt SPD-k és az IEC 62548 szabvány szerinti tömbtervezési gyakorlatok tükröződjenek az AC kimeneten.
• A komplett 4 az 1-ben kombinálódoboz csökkenti a telepítési munkát és a hibakeresési időt olyan utólagos felszerelésű üzemekben, ahol a fizikai tér rögzített.
• A doboz kiválasztása előtt ellenőrizze a kábelek hosszát, a szigetelést és a tálca elvezetését; Az egyenlő blokkoló impedancia csökkenti a hotspot kockázatát.

Ha az üzemeltető megismételné a projektet, akkor a kezdeti tételben egy tartalék dobozt rendelne, és az üzembe helyezés során hőképes szkenneléseket végezne, mert ezek a szkennelések tették a végső terminálellenőrzéseket és nyomon követhetővé. A vállalat azóta ugyanazt a 690 V-os váltóáramú kombinálódobozt alkalmazza régebbi, 10 MW-os erőműveihez, és a teljes 85 MW-os portfólión is ugyanolyan rendelkezésre állási javulást vár.

Iparági referenciák:

• IEC 62548:2016 Fotovoltaikus (PV) tömbök – Tervezési követelmények. (Forrás: https://webstore.iec.ch/publication/62548)
• IEC 61643-11:2011 Kisfeszültségű túlfeszültség-védő készülékek – 11. rész: Kisfeszültségű áramellátó rendszerekhez csatlakoztatott SPD-k. (Forrás: https://webstore.iec.ch/publication/61643-11)