Πώς 690V AC Combiner Box 4 In 1 Out μειώνει τα σφάλματα από την πλευρά AC μιας ηλιακής εγκατάστασης κατά 78%

Ένας φορέας εκμετάλλευσης ηλιακών στοιχείων εμπορικής κλίμακας στη νότια Ευρώπη διαχειρίζεται 85 MW επίγειας φωτοβολταϊκής ισχύος σε δώδεκα τοποθεσίες. Κάθε τοποθεσία χρησιμοποιεί μετατροπείς στοιχειοσειρών υψηλής ισχύος που εξάγουν 690 V AC. Πριν από την αναβάθμιση, η σύνδεση από την πλευρά AC μεταξύ τεσσάρων μετατροπέων και ενός μετασχηματιστή ανόδου ήταν το πιο επιρρεπές σημείο σε ολόκληρη την εγκατάσταση. Μετά την εκ των υστέρων τοποθέτηση με το Soutya 690V AC Combiner Box 4 In 1 Out, ο χειριστής μείωσε το χρόνο διακοπής σφάλματος στην πλευρά AC κατά 78% σε έξι μήνες.

Ποιο ήταν το ιστορικό και η επιχειρησιακή κατάσταση του πελάτη;

Η εταιρεία λειτουργεί πολλές φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις 5 MW έως 10 MW που κατασκευάστηκαν μεταξύ 2017 και 2020. Σε κάθε εγκατάσταση, ομάδες τεσσάρων μετατροπέων παρέχουν 690 V AC μέσω χωριστών κουτιών διακλάδωσης και μεμονωμένων συσκευών διανομής πριν εισέλθουν σε μετασχηματιστή μέσης τάσης.

Η παλιά καλωδίωση και ο μη ενσωματωμένος εξοπλισμός προστασίας είχαν γίνει ζήτημα αξιοπιστίας. Τα εργοστάσια στελεχώθηκαν από μια μικρή ομάδα O&M και ο μέσος χρόνος για τη διάγνωση ενός προβλήματος στην πλευρά AC ξεπέρασε τη μισή ημέρα. Καθώς η περιοχή μετακινείται σε μικρότερα παράθυρα τροφοδοσίας, ο ιδιοκτήτης χρειαζόταν μεγαλύτερη διαθεσιμότητα και χαμηλότερο κόστος εξυπηρέτησης ανά κιλοβατώρα.

Τι ακριβώς έκανε την καλωδίωση από την πλευρά AC σε επαναλαμβανόμενο σημείο συμφόρησης;

Πριν από την εκ των υστέρων τοποθέτηση, κάθε έξοδος μετατροπέα έτρεχε σε ένα γενικό κουτί διακλάδωσης 690 V AC εξοπλισμένο με χωριστούς διακόπτες διαμορφωμένης θήκης, απαγωγείς υπερτάσεων με μπουλόνι και μπλοκ ακροδεκτών. Αυτά τα κουτιά δεν παρείχαν ίση απόσταση φάσεων ή επαρκή απαγωγή θερμότητας. Τα σφάλματα εμφανίστηκαν σε τρεις κύριες μορφές:

• Οι χαλαροί ακροδέκτες στους τροφοδότες 690 V προκάλεσαν υπερθέρμανση και διακοπτόμενη ενεργοποίηση.
• Οι απαγωγείς τοποθετήθηκαν χωρίς τον κατάλληλο συντονισμό τύπου 2, έτσι οι παροδικές καταστάσεις που προκαλούνται από κεραυνούς κατέστρεψαν τα στάδια ισχύος του μετατροπέα δύο φορές μέσα σε ένα χρόνο.
• Επειδή η συντήρηση σε έναν μετατροπέα απαιτούσε το άνοιγμα ενός ενεργού περιβλήματος, οι εργαζόμενοι έπρεπε να κλείσουν ολόκληρη την ομάδα τεσσάρων μετατροπέων, προκαλώντας απώλειες παραγωγής περίπου 920 $ ανά ώρα ανά εγκατάσταση.

Το συνολικό ετήσιο κόστος αυτών των αστοχιών στην πλευρά AC —συμπεριλαμβανομένων των υλικών επισκευής, της εργασίας και των χαμένων εσόδων— ήταν 23.000 $ ανά τοποθεσία 10 MW.

Γιατί να επιλέξετε το Soutya 690V AC Combiner Box 4 In 1 Out;

Ο χειριστής εξέτασε τρεις εναλλακτικές λύσεις: τυπικούς πίνακες διανομής AC από έναν τοπικό κατασκευαστή πάνελ, εμπορικούς αποσυνδέσεις με λιωμένο και το κουτί Soutya. Ο κατασκευαστής πίνακα δεν μπορούσε να παραδώσει πίνακα διανομής 690 V AC που πέρασε τις δοκιμές προστασίας από υπερτάσεις τύπου 2 που απαιτούνται από το IEC 61643-11. Οι ασφαλείς αποσυνδέσεις δεν είχαν τον κατάλληλο συντονισμό βραχυκυκλώματος με τον μετασχηματιστή κατάντη.

Το Soutya 690V AC Combiner Box 4 In 1 Out ταίριαζε ακριβώς με την υπάρχουσα ηλεκτρική τοπολογία. Συγχωνεύει τέσσερις εισόδους AC 690 V σε μία προστατευμένη έξοδο με τέσσερις διακόπτες κυκλώματος εισόδου και έναν διακόπτη μονής εξόδου. Η ενσωματωμένη συσκευή προστασίας από υπερτάσεις έχει βαθμολογηθεί σύμφωνα με το IEC 61643-11 και η διάταξη του περιβλήματος παρέχει ξεχωριστά διαμερίσματα για καλωδίωση και ζυγούς υπό τάση. Αυτό μείωσε το απαιτούμενο αποτύπωμα κατά περισσότερο από 60% σε σύγκριση με τον προηγούμενο εξοπλισμό διανομής.

Πώς αναπτύχθηκε η λύση σε πολλούς ιστότοπους;

Το έργο εγκατάστασης διεξήχθη σε τρεις φάσεις σε τέσσερις μήνες. Η ομάδα επέλεξε το εργοστάσιο με το υψηλότερο ιστορικό σφάλματος ως πιλοτική τοποθεσία.

Τα βασικά βήματα ήταν:

1. Απενεργοποίησε την πλευρά AC μιας ομάδας τεσσάρων μετατροπέων και αφαιρέθηκε το υπάρχον περίβλημα.
2. Τοποθέτησε το κουτί Soutya σε ένα υπάρχον πλαίσιο unistrut κοντά στον μετασχηματιστή.
3. Τερματίστηκαν τέσσερα χάλκινα καλώδια 185 mm² από τους μετατροπείς και ένα καλώδιο 300 mm² στον μετασχηματιστή.
4. Διαμόρφωσε τις ονομασίες διακοπτών εισόδου ώστε να ταιριάζουν με την προστασία εξόδου του μετατροπέα και ρύθμισε το SPD στην τάση συστήματος 690 V AC.
5. Έθεσε την έξοδο παρακολούθησης σε RS485 και έλεγξε τα κατώφλια ταξιδιού σε σχέση με το εργοστάσιο SCADA.

Μια τυπική δυσκολία ήταν ότι τα υπάρχοντα καλώδια εξόδου από τους τέσσερις μετατροπείς είχαν διαφορετικά μήκη και βρίσκονταν σε διαφορετικές διαδρομές δίσκων. Αυτό προκάλεσε ελαφρώς μη ισορροπημένες αντιστάσεις γραμμής. Η λύση ήταν να εγκατασταθούν σύνδεσμοι ισοσταθμιστή ζυγών και μήκη καλωδίων περικοπής σε κάθε ομάδα. η τερματική θερμοκρασία παρέμεινε ομοιόμορφη μετά από μια ημέρα λειτουργίας πλήρους φορτίου.

Ποια μετρήσιμα αποτελέσματα πέτυχε το εργοστάσιο;

Έξι μήνες μετά την πρώτη εγκατάσταση, ο χειριστής συνέκρινε τον πιλοτικό χώρο με τις ιστορικές του επιδόσεις:

• Η συχνότητα σφαλμάτων στην πλευρά AC μειώθηκε από δώδεκα περιστατικά ετησίως σε λιγότερο από τρία, μείωση 75%.
• Ο μη προγραμματισμένος χρόνος διακοπής λειτουργίας από σφάλματα 690 V AC μειώθηκε κατά 78%, αντιπροσωπεύοντας 11,5 επιπλέον ώρες λειτουργίας πλήρους φορτίου ανά ομάδα μετατροπέων ανά έτος.
• Το ετήσιο κόστος της αστοχίας στην πλευρά AC, συμπεριλαμβανομένης της απώλειας παραγωγής, μειώθηκε από 21.000 $ σε 5.500 $ ανά μονάδα 10 MW.
• Ο χρόνος εγκατάστασης για κάθε ομάδα μετατροπέων μειώθηκε από δύο πλήρεις ημέρες σε τέσσερις ώρες, εξοικονομώντας 1.600 $ σε εργασία ανά τοποθεσία.
• Η απομόνωση ενός μεμονωμένου μετατροπέα για συντήρηση δεν απαιτεί πλέον την απενεργοποίηση ολόκληρης της ομάδας. η ομάδα παραμένει συνδεδεμένη με 75% χωρητικότητα.

Τι λέει ο διευθυντής του εργοστασίου;

Ο διευθυντής μηχανικής εγκατάστασης του χειριστή περιέγραψε το αποτέλεσμα: "Το κιβώτιο συνδυασμού AC Soutya 690V εξάλειψε τις χειρότερες αστοχίες θερμότητας και υπερτάσεων που είχαμε στα 690 βολτ. Σε δώδεκα μήνες, δεν έχουμε ξανασφίξει ούτε ένα τερματικό τροφοδοσίας και μπορούμε να απομονώσουμε έναν μόνο μετατροπέα χωρίς να σταματήσουμε την παραγωγή για ολόκληρο το μπλοκ. Αυτό το έργο εξοφλήθηκε από μόνο του."

Τι μπορούν να μάθουν άλλοι βιομηχανικοί και ηλιακοί χειριστές από αυτήν την αναβάθμιση;

Αυτή η περίπτωση παραπέμπει σε πολλά μαθήματα, που δεν περιορίζονται στο αρχικό φυτό.

• Η προστασία από την πλευρά AC αξίζει την ίδια αυστηρότητα προδιαγραφών με την προστασία χορδών από την πλευρά DC. Τα ελεγμένα SPD με το IEC 61643-11 Type-2 και οι πρακτικές σχεδίασης συστοιχιών IEC 62548 θα πρέπει να αντικατοπτρίζονται στην έξοδο AC.
• Ένα πλήρες κιβώτιο συνδυασμού 4-σε-1-έξω μειώνει την εργασία εγκατάστασης και τον χρόνο ανίχνευσης σφαλμάτων, σε εκ των υστέρων εγκαταστάσεις όπου είναι σταθερός ο φυσικός χώρος.
• Πριν επιλέξετε ένα κουτί, επιθεωρήστε τα μήκη των καλωδίων, τη μόνωση και τη διαδρομή του δίσκου. ίση αντίσταση αποκλεισμού θα μειώσει τον κίνδυνο hotspot.

Εάν ο χειριστής επαναλάμβανε το έργο, θα παρήγγειλε ένα εφεδρικό κουτί στην αρχική παρτίδα και θα εκτελούσε σαρώσεις θερμικής απεικόνισης κατά τη θέση σε λειτουργία, επειδή αυτές οι σαρώσεις έκαναν τους τελικούς ελέγχους τερματικού και ανιχνεύσιμους. Έκτοτε, η εταιρεία έχει εφαρμόσει το ίδιο κιβώτιο συνδυασμού 690V AC στις παλαιότερες μονάδες ισχύος 10 MW και αναμένει την ίδια βελτίωση διαθεσιμότητας σε ολόκληρο το χαρτοφυλάκιο των 85 MW.

Αναφορές κλάδου:

• IEC 62548:2016 Φωτοβολταϊκές (PV) συστοιχίες — Απαιτήσεις σχεδιασμού. (Πηγή: https://webstore.iec.ch/publication/62548)
• IEC 61643-11:2011 Συσκευές προστασίας από υπέρταση χαμηλής τάσης — Μέρος 11: SPD που συνδέονται με συστήματα ισχύος χαμηλής τάσης. (Πηγή: https://webstore.iec.ch/publication/61643-11)