Πώς μια φωτοβολταϊκή εγκατάσταση μειώνει το χρόνο διακοπής της χορδής κατά 60% με βάση ασφαλειοθήκης DC 1000V

Υπόβαθρο πελατών

Ένα φωτοβολταϊκό (PV) εργοστάσιο ισχύος 45 MW που βρίσκεται σε μια περιοχή της ερήμου μεγάλου υψόμετρου αντιμετώπιζε επαναλαμβανόμενες βλάβες στα κιβώτια συνδυασμού DC. Η εγκατάσταση, που λειτουργεί από έναν ανεξάρτητο παραγωγό ηλεκτρικής ενέργειας που εξυπηρετούσε ένα περιφερειακό δίκτυο κοινής ωφέλειας, ήταν σε λειτουργία εδώ και έξι χρόνια. Περισσότερα από 1.400 κυκλώματα στοιχειοσειρών τροφοδοτούνται σε 28 κιβώτια συνδυασμού, καθένα από τα οποία μεταφέρει έως και 1000 V DC από ηλιακούς συλλέκτες έως κεντρικούς μετατροπείς.

Η ομάδα λειτουργίας του εργοστασίου αντιμετώπισε αυξανόμενη πίεση να μειώσει τις μη προγραμματισμένες διακοπές λειτουργίας καθώς ο τοπικός φορέας εκμετάλλευσης του δικτύου εισήγαγε αυστηρότερες κυρώσεις διαθεσιμότητας. Με τις καλοκαιρινές θερμοκρασίες που ξεπερνούσαν τους 45°C, η θερμική καταπόνηση στα εξαρτήματα DC ήταν σοβαρή.

Ποια προβλήματα αντιμετώπισε η φωτοβολταϊκή εγκατάσταση πριν από την αναβάθμιση;

Οι αρχικές θήκες ασφαλειών ήταν γενικές μονάδες με ονομαστική μόνο 600V DC. Ήταν μικρότερου μεγέθους για τη διαμόρφωση στοιχειοσειρών 1000V του εργοστασίου. Σε διάστημα 18 μηνών, η ομάδα επιχειρήσεων κατέγραψε 23 αστοχίες θήκης ασφαλειών σε 11 κιβώτια συνδυασμού.

Τα συμπτώματα ήταν συνεπή: τα κλιπ της βάσης ασφαλειών έχασαν την τάση του ελατηρίου μετά από επαναλαμβανόμενο θερμικό κύκλωμα, δημιουργώντας επαφές υψηλής αντίστασης. Στα 1000V DC, μια κακή σύνδεση προκάλεσε τοπική θέρμανση και μικροτόξο. Σε αρκετές περιπτώσεις, η θήκη ασφαλειών έλιωσε και το κιβώτιο συνδυασμού έπρεπε να τεθεί εκτός λειτουργίας για επισκευή έκτακτης ανάγκης. Κάθε περιστατικό κόστιζε κατά μέσο όρο 4.800 $ σε χαμένη παραγωγή ενέργειας, ανταλλακτικά και εργασία.

Προηγούμενες προσπάθειες να σφίξετε ξανά τα κλιπ και να εφαρμόσετε αγώγιμο γράσο δεν έλυσαν το πρόβλημα. Μετά από μια δεύτερη κατάρρευση, ο διευθυντής του εργοστασίου διέταξε μια πλήρη αναθεώρηση των προδιαγραφών της βάσης ασφαλειών.

Γιατί ο χειριστής επέλεξε τη βάση ασφαλειοθήκης Soutya DC 1000V;

Η ομάδα μηχανικών αξιολόγησε τρεις εναλλακτικές λύσεις. Το πρώτο ήταν ένα τυπικό στήριγμα ασφάλειας DIN-rail με ονομαστική τάση 1000V DC, αλλά τα κλιπ του ήταν κατασκευασμένα από κράμα χαλκού χαμηλότερης ποιότητας που θα εξακολουθούσε να διαβρώνεται στον αλμυρό αέρα της ερήμου. Η δεύτερη επιλογή ήταν μια ιδιόκτητη λύση που απαιτούσε αντικατάσταση ολόκληρου του κουτιού συνδυασμού, το οποίο υπερέβαινε τον προϋπολογισμό συντήρησης.

Η τρίτη επιλογή ήταν η ασφαλειοθήκη Soutya DC 1000V. Τρεις παράγοντες ήταν καθοριστικοί:

• Ρητή ονομαστική ονομαστική τάση 1000V DC με δοκιμασμένη χωρητικότητα θραύσης που ταιριάζει με το ρεύμα βραχυκυκλώματος φωτοβολταϊκών στοιχειοσειρών υπό συνθήκες IEC 60269-1.
• Ελικοειδής ελατηριωτοί συνδετήρες από ανοξείδωτο χάλυβα και επικασσιτερωμένο χαλκό, σχεδιασμένοι να διατηρούν την πίεση επαφής σε μεγαλύτερο εύρος θερμοκρασιών.
• Ένα συμπαγές σώμα που ταιριάζει στην υπάρχουσα διάταξη κουτιού συνδυασμού χωρίς επανακαλωδίωση. Αυτό μείωσε τον κίνδυνο εγκατάστασης και διατήρησε το κόστος εργασίας χαμηλό.

Η ασφαλειοθήκη Soutya συνοδεύεται επίσης από ματ νάιλον περίβλημα που αντιστέκεται στην υπεριώδη υποβάθμιση, ένα πρόβλημα που είχε προκαλέσει εύθραυστες ρωγμές στις παλιές μονάδες. Ο υπεύθυνος προμηθειών επιβεβαίωσε ότι η Soutya παρείχε τριετή εγγύηση με βάση τα δεδομένα της πραγματικής τάσης και ρεύματος συνεχούς ρεύματος από το εργοστάσιο.

Πώς αναπτύχθηκε η νέα θήκη ασφαλειών;

Η αναβάθμιση πραγματοποιήθηκε σταδιακά σε διάστημα τεσσάρων εβδομάδων, κατά τη διάρκεια του παραθύρου συντήρησης του εργοστασίου στα τέλη του χειμώνα. Η ομάδα επιχειρήσεων αντικατέστησε 520 ασφαλειοθήκες σταδιακά, ένα κιβώτιο συνδυασμού τη φορά, για να αποφευχθούν οι εκτεταμένοι τερματισμοί λειτουργίας του συστήματος.

• Βήμα 1: Το πλήρωμα συντήρησης της εγκατάστασης απενεργοποίησε ένα κιβώτιο συνδυασμού και επαλήθευσε τη μηδενική τάση στους ακροδέκτες της στοιχειοσειράς.
• Βήμα 2: Κάθε υπάρχουσα θήκη ασφαλειών αφαιρέθηκε. Οι τεχνικοί τεκμηρίωσαν τη ροπή στις βίδες των ακροδεκτών και έλεγξαν τα κλιπ της ασφάλειας για σημάδια τόξου.
• Βήμα 3: Οι νέες ασφαλειοθήκες Soutya DC 1000V τοποθετήθηκαν χρησιμοποιώντας την υπάρχουσα ράγα DIN και μπλοκ ακροδεκτών. Η δύναμη εισαγωγής της ασφάλειας ήταν αισθητά μεγαλύτερη, γεγονός που μείωσε την πιθανότητα κακής ευθυγράμμισης.
• Βήμα 4: Κάθε κύκλωμα δοκιμάστηκε με έναν ελεγκτή αντίστασης μόνωσης DC και έναν δείκτη κατάστασης ασφάλειας πριν από την εκ νέου ενεργοποίηση.
• Βήμα 5: Η ομάδα συντήρησης πραγματοποίησε μια έρευνα θερμικής απεικόνισης μία εβδομάδα αφότου κάθε κουτί συνδυασμού τέθηκε ξανά σε λειτουργία.

Η μόνη σημαντική δυσκολία ήταν ο στενός χώρος κάμψης του σύρματος μέσα στα κιβώτια συνδυασμού. Ο προσανατολισμός του ακροδέκτη της βάσης ασφαλειών Soutya διευκόλυνε τη δρομολόγηση των φωτοβολταϊκών καλωδίων 6 mm² χωρίς αναγκαστική κάμψη, έτσι το πρόβλημα λύθηκε σε λίγες ώρες.

Ποια ποσοτικοποιήσιμα αποτελέσματα πέτυχε ο χειριστής;

Δώδεκα μήνες μετά την αναβάθμιση, ο χειριστής συνέκρινε τα δεδομένα απόδοσης με τα δύο χρόνια πριν από την αντικατάσταση.

• Ο χρόνος διακοπής της στοιχειοσειράς λόγω αστοχιών της βάσης ασφαλειών μειώθηκε κατά 60%, από 14 ώρες ανά μήνα κατά μέσο όρο σε 5,5 ώρες.
• Το κόστος αντικατάστασης της βάσης ασφαλειών μειώθηκε κατά 45%, από 2.800 $ ανά τρίμηνο σε 1.540 $. Αυτό περιελάμβανε ανταλλακτικά, εργασία και χρόνο θερμικής επιθεώρησης.
• Τα μη προγραμματισμένα συμβάντα υπηρεσίας συνδυασμού μειώθηκαν από 8 σε 2 ετησίως. Καμία βάση ασφαλειών δεν ανέφερε δημιουργία τόξου ή τήξη κατά τη διάρκεια της
• Η μέση αύξηση της θερμοκρασίας στα σημεία επαφής της βάσης ασφαλειών μειώθηκε κατά 18°C, μετρούμενη με κάμερα υπερύθρων.

Ο διευθυντής του εργοστασίου σημείωσε επίσης ότι η ποινή διαθεσιμότητας από τον διαχειριστή του δικτύου μειώθηκε στο μηδέν στις τρεις πιο πρόσφατες μηνιαίες εκθέσεις διακανονισμού. Σε μια πιεσμένη αγορά, αυτή η βελτίωση από μόνη της δικαιολογούσε την επένδυση υλικού ύψους 11.000 δολαρίων.

Μαρτυρία πελάτη: Τι είπε ο Διευθυντής Συντήρησης;

"Χάσαμε την εμπιστοσύνη στις αρχικές ασφαλειοθήκες μετά τη δεύτερη κατάρρευση. Η ασφαλειοθήκη Soutya DC 1000V μας έδωσε μια αξιόπιστη σύνδεση που μπορούμε να προβλέψουμε. Τα αποτελέσματα θερμικής απεικόνισης είναι ξεκάθαρα και η ομάδα μου μπορεί να επικεντρωθεί στον καθαρισμό και τους ελέγχους ροπής αντί για αντικαταστάσεις έκτακτης ανάγκης", είπε ο διευθυντής συντήρησης του εργοστασίου.

Μαθήματα και συστάσεις για άλλους χειριστές συστημάτων ισχύος DC

Για ομάδες επιχειρήσεων που διαχειρίζονται κυκλώματα συνεχούς ρεύματος 1000 V σε ηλιακές εγκαταστάσεις, συστήματα αποθήκευσης ή βιομηχανικά δίκτυα συνεχούς ρεύματος, το έργο προσέφερε τρεις πρακτικές λύσεις.

1. Επαληθεύετε πάντα την πραγματική τάση συνεχούς ρεύματος και το ρεύμα σφάλματος του κυκλώματος πριν επιλέξετε μια θήκη ασφάλειας. Μια βάση 600V σε σύστημα 1000V είναι επικίνδυνη, ανεξάρτητα από το πόσο καλά εφαρμόζει μηχανικά.
2. Ελέγξτε το υλικό του κλιπ ασφάλειας και το σχέδιο του ελατηρίου. Η πίεση επαφής υψηλής ποιότητας είναι η πιο σημαντική άμυνα έναντι της υπερθέρμανσης σε υψηλές τάσεις DC.
3. Κατά την εκ των υστέρων τοποθέτηση των υπαρχόντων κιβωτίων συνδυασμού, επιλέξτε μια βάση ασφαλειών που τοποθετείται στην υπάρχουσα ράγα και δεν απαιτεί αντικατάσταση μπλοκ ακροδεκτών. Η ασφαλειοθήκη Soutya λειτούργησε ακριβώς σύμφωνα με τις προδιαγραφές της και το έργο ολοκληρώθηκε πριν από το χρονοδιάγραμμα.

Εάν το εργοστάσιο το επαναλάμβανε αυτό, η μόνη βελτίωση θα ήταν η αντικατάσταση των ασφαλειοθήκης νωρίτερα, κατά την αρχική θέση σε λειτουργία του εξοπλισμού. Το κόστος της πρόληψης ήταν το ένα τρίτο του κόστους των δύο πρώτων επειγουσών επισκευών.

Αναφορές

[1] IEC 60269-1. Ασφάλειες χαμηλής τάσης - Μέρος 1: Γενικές απαιτήσεις [S]. 2020.https://webstore.iec.ch/publication/62496

[2] Χαρακτηριστικά γήρανσης των ηλεκτροδίων επαφής των διακοπτών DC χαμηλής τάσης [J]. Energies, 2021, 14(20): 6838.https://doi.org/10.3390/en14206838