Hogyan csökkenti egy fotovillamos erőmű 60%-kal a húr leállási idejét egy 1000 V egyenáramú biztosítéktartóval

Ügyfél háttér

Egy magaslati sivatagi régióban található 45 MW-os fotovoltaikus (PV) erőmű egyenáramú kombinálódobozaiban ismétlődő meghibásodások tapasztalhatók. A regionális közüzemi hálózatot kiszolgáló független áramtermelő által üzemeltetett létesítmény hat éve működött. Több mint 1400 string áramkör 28 kombinálódobozba táplálva, amelyek mindegyike akár 1000 V egyenfeszültséget is továbbít a napelemektől a központi inverterekig.

Az erőmű üzemeltetési csapatának egyre nagyobb nyomással kellett szembenéznie a nem tervezett leállások csökkentése érdekében, mivel a helyi hálózatüzemeltető szigorúbb rendelkezésre állási szankciókat vezetett be. A 45 °C-ot meghaladó nyári hőmérsékletek miatt az egyenáramú alkatrészek hőterhelése súlyos volt.

Milyen problémákkal szembesült a napelemes erőmű a frissítés előtt?

Az eredeti biztosítéktartók általános egységek voltak, amelyeket csak 600 V egyenáramra terveztek. Alulméretezettek voltak az üzem 1000 V-os húrkonfigurációjához. 18 hónap alatt az üzemeltetési csapat 23 biztosítéktartó meghibásodást regisztrált 11 kombinálódobozban.

A tünetek konzisztensek voltak: a biztosítéktartó klipjei az ismételt hőciklus után elveszítették a rugófeszültséget, és nagy ellenállású érintkezőket hoztak létre. 1000 V egyenfeszültségen a rossz csatlakozás helyi fűtést és mikroívet okozott. Több esetben megolvadt a biztosítéktartó, és a sürgősségi javításhoz a kombinálódobozt offline állapotba kellett vinni. Minden incidens átlagosan 4800 dollárba került az energiatermelés, a cserealkatrészek és a munkaerő elvesztése miatt.

A kapcsok újrahúzására és vezető zsír felhordására tett korábbi kísérletek nem oldották meg a problémát. A második leolvadás után az üzemvezető elrendelte a biztosítéktartó specifikációinak teljes felülvizsgálatát.

Miért választotta a kezelő a Soutya DC 1000V biztosítéktartót?

A mérnöki csapat három alternatívát értékelt. Az első egy szabványos DIN-sínes biztosítéktartó volt, amelyet 1000 V DC-re terveztek, de a kapcsok alacsonyabb minőségű rézötvözetből készültek, amely még mindig korrodálódott a sós sivatagi levegőben. A második lehetőség egy szabadalmaztatott megoldás volt, amelyhez a teljes kombájndobozt ki kellett cserélni, ami meghaladta a karbantartási költségvetést.

A harmadik lehetőség a Soutya DC 1000V-os biztosítéktartó volt. Három tényező volt a döntő:

• Explicit 1000 V DC névleges feszültség tesztelt megszakítási kapacitással, amely megfelelt a PV húr rövidzárlati áramának az IEC 60269-1 feltételei szerint.
• Rozsdamentes acélból és ónozott rézből készült csavarrugós kapcsok, amelyek az érintkezési nyomást szélesebb hőmérsékleti tartományban tartják fenn.
• Kompakt karosszéria, amely újrahuzalozás nélkül illeszkedik a meglévő kombinálódoboz-elrendezésbe. Ez csökkentette a telepítés kockázatát és alacsonyan tartotta a munkaerőköltségeket.

A Soutya biztosítéktartó matt nejlonházzal is érkezett, amely ellenállt az ultraibolya sugárzásnak, ami törékeny repedéseket okozott a régi egységekben. A beszerzési menedzser megerősítette, hogy a Soutya három év garanciát vállalt az üzem tényleges egyenfeszültség- és áramadatai alapján.

Hogyan helyezték üzembe az új biztosítéktartót?

A korszerűsítés négy hét alatt, az üzem késő téli karbantartási időszaka alatt történt. Az üzemeltető csapat 520 biztosítéktartót cserélt ki szakaszosan, egy-egy kombinálódobozban, hogy elkerülje a széles körű rendszerleállásokat.

• 1. lépés: Az üzem karbantartó személyzete feszültségmentesített egy kombinálódobozt, és ellenőrizte a feszültség nullát a húrkapcsokon.
• 2. lépés: Minden meglévő biztosítéktartót eltávolítottak. A technikusok dokumentálták a kapocscsavarok forgatónyomatékát, és ellenőrizték, hogy a biztosítékkapcsokon nincs-e ívíves jel.
• 3. lépés: Az új Soutya DC 1000V biztosítéktartókat a meglévő DIN-sín és sorkapcsok segítségével szerelték fel. A biztosíték behelyezési ereje észrevehetően nagyobb volt, ami csökkentette az eltolódás valószínűségét.
• 4. lépés: Minden áramkört teszteltek egy egyenáramú szigetelési ellenállás-ellenőrzővel és egy biztosíték állapotjelzővel, mielőtt újra feszültség alá helyezték.
• 5. lépés: A karbantartó csapat hőképfelvételt végzett egy héttel azután, hogy minden egyes kombinálódoboz újra üzembe állt.

Az egyetlen jelentős nehézséget a kombinálódobozokon belüli szűk vezetékhajlítási hely jelentette. A Soutya biztosítéktartó kivezetési helyzete megkönnyítette a 6 mm²-es PV vezetékek elvezetését anélkül, hogy erőltetett hajlítást végezne, így a probléma néhány óra alatt megoldódott.

Milyen számszerűsíthető eredményeket ért el az üzemeltető?

Tizenkét hónappal a frissítés után az üzemeltető összehasonlította a teljesítményadatokat a csere előtti két évvel.

• A biztosítéktartó meghibásodása miatti húrleállások 60%-kal, az átlagos havi 14 óráról 5,5 órára csökkentek.
• A biztosítéktartó cseréjének költsége 45%-kal csökkent negyedévente 2800 dollárról 1540 dollárra. Ez magában foglalta az alkatrészeket, a munkát és a hőellenőrzési időt.
• A nem tervezett kombinálódoboz szervizesemények évi 8-ról 2-re csökkentek. A biztosítéktartó nem jelentett ívképződést vagy olvadást a folyamat során
• Az átlagos hőmérséklet-emelkedés a biztosítéktartó érintkezési pontjain infravörös kamerával mérve 18°C-kal csökkent.

Az üzemvezető azt is megjegyezte, hogy a legutóbbi három havi elszámolási jelentésben nullára csökkentették a hálózatüzemeltető rendelkezésre állási bírságát. A stresszes piacon ez a javulás önmagában indokolta a 11 000 dolláros hardverbefektetést.

Ügyfél ajánlása: Mit mondott a karbantartási igazgató?

"A második leolvadás után elveszítettük az eredeti biztosítéktartókba vetett bizalmunkat. A Soutya DC 1000 V-os biztosítéktartó megbízható kapcsolatot adott nekünk, amelyet meg is tudunk jósolni. A hőkamerás eredmények egyértelműek, csapatom a sürgősségi cserék helyett a tisztításra és a nyomatékellenőrzésre koncentrálhat" - mondta az üzem karbantartási igazgatója.

Tanulságok és ajánlások más egyenáramú energiarendszer-üzemeltetők számára

A napelemes erőművekben, tárolórendszerekben vagy ipari egyenáramú hálózatokban 1000 V-os egyenáramú áramköröket kezelő operatív csapatok számára a projekt három gyakorlati lehetőséget kínált.

1. A biztosítéktartó kiválasztása előtt mindig ellenőrizze az áramkör tényleges egyenfeszültségét és hibaáramát. A 600 V-os besorolású tartó 1000 V-os rendszerben veszélyt jelent, függetlenül attól, hogy mennyire illeszkedik mechanikailag.
2. Ellenőrizze a biztosítékcsipesz anyagát és a rugó kialakítását. A kiváló minőségű érintkezési nyomás az egyetlen legfontosabb védelem a túlmelegedés ellen magas egyenfeszültség mellett.
3. A meglévő kombinálódobozok utólagos felszerelésekor olyan biztosítéktartót válasszon, amely a meglévő sínre szerelhető, és nem igényel sorkapcsok cseréjét. A Soutya biztosítéktartó pontosan a specifikációnak megfelelően teljesített, a projekt a határidő előtt befejeződött.

Ha az üzem ezt ismét megtenné, az egyetlen fejlesztés az lenne, ha korábban, a berendezés első üzembe helyezése során kicserélnék a biztosítéktartókat. A megelőzés költsége az első két sürgősségi javítás költségének egyharmada volt.

Hivatkozások

[1] IEC 60269-1. Kisfeszültségű biztosítékok. 1. rész: Általános követelmények [S]. 2020.https://webstore.iec.ch/publication/62496

[2] Kisfeszültségű egyenáramú kapcsolók érintkezőelektródáinak öregedési jellemzői [J]. Energies, 2021, 14(20): 6838.https://doi.org/10.3390/en14206838