Cum 690V AC Combiner Box 4 In 1 Out reduce cu 78% defecțiunile la nivelul AC ale unei centrale solare

Un operator de active solare la scară comercială din sudul Europei gestionează 85 MW de capacitate fotovoltaică montată la sol în douăsprezece site-uri. Fiecare site folosește invertoare șir de mare putere care scot 690 V AC. Înainte de modernizare, conexiunea pe partea de curent alternativ dintre patru invertoare și un transformator step-up era punctul cel mai predispus la defecțiuni din întreaga instalație. După echiparea ulterioară cu Soutya 690V AC Combiner Box 4 In 1 Out, operatorul a redus timpul de nefuncţionare a defecţiunilor din partea AC cu 78% în şase luni.

Care a fost trecutul și situația operațională a clientului?

Compania operează mai multe centrale fotovoltaice de 5 MW până la 10 MW construite între 2017 și 2020. În fiecare centrală, grupuri de patru invertoare furnizează 690 V AC prin cutii de joncțiune separate și aparate de comutare individuale înainte de a intra într-un transformator de medie tensiune.

Cablajul vechi și echipamentele de protecție neintegrate au devenit o problemă de fiabilitate. Uzinele au fost ocupate de o echipă mică de O&M, iar timpul mediu pentru diagnosticarea unei probleme la nivelul AC a depășit jumătate de zi. Odată cu trecerea regiunii la ferestre mai scurte cu tarife de alimentare, proprietarul avea nevoie de o disponibilitate mai mare și de costuri mai mici ale serviciului pe kilowatt-oră.

Ce anume a făcut ca cablurile lor de pe partea AC să fie un blocaj recurent?

Înainte de modernizare, fiecare ieșire a invertorului mergea la o cutie de joncțiune generică de 690 V AC echipată cu întrerupătoare separate cu carcasă turnată, descărcători cu șuruburi și blocuri terminale. Aceste cutii nu au asigurat o distanță egală între faze sau o disipare adecvată a căldurii. Defecțiunile au apărut în trei forme principale:

• Terminalele slăbite de pe alimentatoarele de 690 V au cauzat supraîncălzirea și declanșarea intermitentă.
• Descărcătoarele au fost montate fără o coordonare adecvată de tip 2, astfel încât tranzitorii induși de fulgere au deteriorat treptele de putere ale invertorului de două ori într-un an.
• Deoarece întreținerea unui singur invertor a necesitat deschiderea unei carcase sub tensiune, lucrătorii au fost nevoiți să închidă întregul grup de patru invertoare, producând pierderi de generație de aproximativ 920 USD pe oră per centrală.

Costul anual total al acestor defecțiuni pe partea de curent alternativ – inclusiv materiale de reparații, forță de muncă și venituri pierdute – a fost de 23.000 USD pe amplasament de 10 MW.

De ce să alegeți Soutya 690V AC Combiner Box 4 In 1 Out?

Operatorul a analizat trei alternative: panouri de distribuție de curent alternativ standard de la un constructor local de panouri, deconectari comerciale cu fuzibile și cutia Soutya. Constructorul de panouri nu a putut livra un tablou de distribuție de 690 V AC care a trecut testele de protecție la supratensiune de tip 2 cerute de IEC 61643-11. Separatoarele cu siguranțe nu aveau o coordonare adecvată a scurtcircuitului cu transformatorul din aval.

Soutya 690V AC Combiner Box 4 In 1 Out se potrivea exact cu topologia electrică existentă. Acesta îmbină patru intrări de 690 V AC într-o singură ieșire protejată cu patru întreruptoare de intrare și un singur întrerupător de ieșire. Dispozitivul de protecție la supratensiune integrat este evaluat conform IEC 61643-11, iar structura carcasei oferă compartimente separate pentru cablare și bare sub tensiune. Acest lucru a redus amprenta necesară cu mai mult de 60% în comparație cu aparatul de comutare anterior.

Cum a fost implementată soluția pe mai multe site-uri?

Proiectul de instalare s-a derulat în trei etape pe parcursul a patru luni. Echipa a selectat ca loc pilot centrala cu cel mai mare istoric de defecte.

Principalii pași au fost:

1. Deconectat partea AC a unui grup de patru invertoare și îndepărtat carcasa existentă.
2. Am montat cutia Soutya pe un cadru unistrut existent lângă transformator.
3. Terminat patru cabluri de cupru de 185 mm² de la invertoare și un cablu de 300 mm² la transformator.
4. S-au configurat valorile nominale ale întreruptorului de intrare pentru a se potrivi cu protecția de ieșire a invertorului și a setat SPD-ul la tensiunea sistemului de 690 V AC.
5. A pus în funcțiune ieșirea de monitorizare la RS485 și a verificat pragurile de declanșare în raport cu SCADA centralei.

O dificultate tipică a fost faptul că cablurile de ieșire existente de la cele patru invertoare aveau lungimi diferite și se aflau pe trasee diferite ale tavilor. Asta a cauzat impedanțe de linie ușor dezechilibrate. Soluția a fost instalarea legăturilor de egalizare a barelor colectoare și tăierea lungimii cablurilor în cadrul fiecărui grup; temperatura terminalului a rămas uniformă după o zi de funcționare la sarcină completă.

Ce rezultate măsurabile a obținut planta?

La șase luni de la prima instalare, operatorul a comparat amplasamentul pilot cu performanța sa istorică:

• Frecvența defecțiunilor la nivelul AC a scăzut de la douăsprezece incidente pe an la sub trei, o reducere cu 75%.
• Timpul neprogramat de la defecțiuni de 690 V AC a scăzut cu 78%, reprezentând 11,5 ore suplimentare de funcționare la sarcină maximă per grup de invertor pe an.
• Costul anual al defecțiunii pe partea de curent alternativ, inclusiv pierderea producției, a scăzut de la 21.000 USD la 5.500 USD per centrală de 10 MW.
• Timpul de instalare pentru fiecare grup de invertoare a scăzut de la două zile întregi la patru ore, economisind 1.600 USD în forță de muncă per locație.
• Izolarea unui singur invertor pentru întreținere nu mai necesită oprirea întregului grup; grupul rămâne online la 75% capacitate.

Ce spune directorul fabricii?

Managerul de inginerie al instalației al operatorului a descris efectul: "Cutia de combinare Soutya 690V AC a eliminat cele mai grave defecțiuni termice și de supratensiune pe care le-am avut la 690 de volți. În douăsprezece luni, nu am strâns din nou un terminal de alimentare și putem izola un singur invertor fără a opri producția pentru întreg blocul. Această schimbare s-a plătit de la sine în acest proiect."

Ce pot învăța alți operatori industriali și solari din această modernizare?

Acest caz indică mai multe lecții, care nu se limitează la planta originală.

• Protecția pe partea de curent alternativ merită aceeași rigoare în specificații ca și protecția șirurilor de pe partea de curent continuu. SPD-urile testate IEC 61643-11 de tip 2 și practicile de proiectare a matricei IEC 62548 ar trebui să fie reflectate pe ieșirea AC.
• O cutie de combinare completă 4-in-1-out reduce munca de instalare și timpul de găsire a defecțiunilor, în instalațiile de modernizare unde spațiul fizic este fix.
• Înainte de a alege o cutie, verificați lungimile cablurilor, izolația și traseul tăvii; impedanța de blocare egală va reduce riscul de hotspot.

Dacă operatorul ar repeta proiectul, ar comanda o cutie de rezervă în lotul inițial și ar efectua scanări termice în timpul punerii în funcțiune, deoarece acele scanări au făcut ca ultimele verificări ale terminalului să fie trasabile. Compania a aplicat de atunci aceeași cutie de combinare de 690 V AC la centralele sale mai vechi de 10 MW și se așteaptă la aceeași îmbunătățire a disponibilității pentru întregul portofoliu de 85 MW.

Referințe în industrie:

• IEC 62548:2016 Rețele fotovoltaice (PV) — Cerințe de proiectare. (Sursa: https://webstore.iec.ch/publication/62548)
• IEC 61643-11:2011 Dispozitive de protecție împotriva supratensiunii de joasă tensiune — Partea 11: SPD-uri conectate la sisteme de alimentare de joasă tensiune. (Sursa: https://webstore.iec.ch/publication/61643-11)