Cum o instalație fotovoltaică reduce timpul de nefuncționare a șirului cu 60% cu un suport pentru siguranțe DC 1000V

Contextul clientului

O centrală fotovoltaică (PV) de 45 MW situată într-o regiune deșertică de mare altitudine se confrunta cu defecțiuni recurente în cutiile sale de combinare DC. Instalația, operată de un producător independent de energie care deservește o rețea de utilități regionale, era în funcțiune de șase ani. Peste 1.400 de circuite șir alimentate în 28 de cutii de combinare, fiecare transportând până la 1000 V DC de la panouri solare la invertoarele centrale.

Echipa de operațiuni a uzinei s-a confruntat cu o presiune din ce în ce mai mare pentru a reduce timpii de întrerupere neprogramate, deoarece operatorul local de rețea a introdus penalități mai stricte de disponibilitate. Cu temperaturile de vară depășind 45°C, stresul termic asupra componentelor DC a fost sever.

Cu ce ​​probleme s-a confruntat instalația fotovoltaică înainte de modernizare?

Suporturile originale de siguranțe erau unități generice evaluate doar pentru 600 V DC. Acestea au fost subdimensionate pentru configurația șir de 1000V a fabricii. Pe parcursul a 18 luni, echipa de operațiuni a înregistrat 23 de defecțiuni ale suportului de siguranțe în 11 cutii de combinare.

Simptomele au fost consistente: clemele suportului de siguranțe au pierdut tensiunea arcului după cicluri termice repetate, creând contacte de înaltă rezistență. La 1000 V DC, o conexiune slabă a cauzat încălzire localizată și micro-arc. În mai multe cazuri, suportul siguranței s-a topit, iar cutia de combinare a trebuit să fie scoasă din funcțiune pentru reparații de urgență. Fiecare incident a costat în medie 4.800 USD în producția de energie pierdută, piese de schimb și forță de muncă.

Încercările anterioare de a strânge din nou clemele și de a aplica unsoare conductivă nu au rezolvat problema. După o a doua topire, directorul fabricii a ordonat o revizuire completă a specificațiilor suportului siguranței.

De ce a ales operatorul suportul pentru siguranțe Soutya DC 1000V?

Echipa de ingineri a evaluat trei alternative. Primul a fost un suport de siguranțe standard pe șină DIN, evaluat pentru 1000 V DC, dar clemele sale au fost fabricate dintr-un aliaj de cupru de calitate inferioară care încă se corodează în aerul sărat din deșert. A doua opțiune era o soluție proprietară care necesita schimbarea întregii cutii de combinare, ceea ce depășea bugetul de întreținere.

A treia opțiune a fost suportul pentru siguranțe Soutya DC 1000V. Trei factori au fost decisivi:

• Valoare explicită de 1000 V CC cu o capacitate de întrerupere testată care se potrivește cu curentul de scurtcircuit al șirului fotovoltaic în condițiile IEC 60269-1.
• Cleme cu arc elicoidal din oțel inoxidabil și cupru placat cu cositor, concepute pentru a menține presiunea de contact într-un interval mai larg de temperatură.
• Un corp compact care se încadrează în configurația existentă a casetei de combinare fără recablare. Acest lucru a redus riscul de instalare și a menținut costurile cu forța de muncă scăzute.

Suportul pentru siguranțe Soutya a venit și cu o carcasă din nailon mat, care a rezistat la degradarea ultravioletei, o problemă care a provocat fisuri fragile în unitățile vechi. Managerul de achiziții a confirmat că Soutya a oferit o garanție de trei ani bazată pe tensiunea curentă curentă și datele curente de la fabrică.

Cum a fost instalat noul suport pentru siguranțe?

Modernizarea a fost treptată pe parcursul a patru săptămâni, în perioada de întreținere a fabricii de la sfârșitul iernii. Echipa de operațiuni a înlocuit 520 de suporturi de siguranțe în etape, câte o cutie combinatoare la un moment dat, pentru a evita întreruperile ample ale sistemului.

• Pasul 1: Echipa de întreținere a fabricii a scos sub tensiune o cutie de combinare și a verificat tensiunea zero la bornele șirului.
• Pasul 2: Fiecare suport de siguranță existent a fost îndepărtat. Tehnicienii au documentat cuplul pe șuruburile terminalelor și au verificat clemele siguranțelor pentru semne de arc.
• Pasul 3: Noile suporturi de siguranță Soutya DC 1000V au fost montate folosind șina DIN și blocurile de borne existente. Forța de introducere a siguranței a fost vizibil mai mare, ceea ce a redus probabilitatea de aliniere greșită.
• Pasul 4: Fiecare circuit a fost testat cu un tester de rezistență de izolație DC și un indicator de stare a siguranței înainte de reactivare.
• Pasul 5: Echipa de întreținere a efectuat un sondaj cu imagini termice la o săptămână după ce fiecare cutie de combinare a fost din nou în funcțiune.

Singura dificultate semnificativă a fost spațiul strâns de îndoire a sârmei din interiorul cutiilor combinatoare. Orientarea terminalelor suportului de siguranțe Soutya a făcut ușoară rutarea firelor fotovoltaice de 6 mm² fără a forța îndoituri, astfel încât problema a fost rezolvată în câteva ore.

Ce rezultate cuantificabile a obținut operatorul?

La douăsprezece luni după upgrade, operatorul a comparat datele de performanță cu cei doi ani înainte de înlocuire.

• Timpul de nefuncționare al șirurilor din cauza defecțiunilor suportului siguranței a scăzut cu 60%, de la o medie de 14 ore pe lună la 5,5 ore.
• Costul de înlocuire a suportului siguranței a scăzut cu 45%, de la 2.800 USD pe trimestru la 1.540 USD. Aceasta a inclus piese, manopera și timpul de inspecție termică.
• Evenimentele neplanificate ale serviciului combiner-box au scăzut de la 8 la 2 pe an. Niciun suport de siguranță nu a raportat formarea arcului electric sau topirea în timpul
• Creșterea medie a temperaturii la punctele de contact ale suportului siguranței a scăzut cu 18°C, măsurată cu o cameră cu infraroșu.

Managerul fabricii a mai remarcat că penalitatea de disponibilitate din partea operatorului de rețea a fost redusă la zero în cele mai recente trei rapoarte lunare de decontare. Pe o piață stresată, doar acea îmbunătățire a justificat investiția hardware de 11.000 USD.

Mărturie client: ce a spus directorul de întreținere?

"Ne-am pierdut încrederea în suporturile originale de siguranțe după a doua topire. Suportul de siguranță Soutya DC 1000V ne-a oferit o conexiune fiabilă pe care o putem prezice. Rezultatele imaginii termice sunt clare, iar echipa mea se poate concentra pe curățare și verificări ale cuplului în loc de înlocuiri de urgență", a spus directorul de întreținere al uzinei.

Lecții și recomandări pentru alți operatori de sisteme de alimentare CC

Pentru echipele de operațiuni care gestionează circuite de 1000 V DC în centrale solare, sisteme de stocare sau rețele industriale DC, proiectul a oferit trei concluzii practice.

1. Verificați întotdeauna tensiunea curentă curentă curentă și curentul de defect al circuitului înainte de a selecta un suport de siguranță. Un suport de 600V într-un sistem de 1000V este un pericol, indiferent de cât de bine se potrivește mecanic.
2. Verificați materialul clemei siguranței și designul arcului. Presiunea de contact de înaltă calitate este cea mai importantă apărare împotriva supraîncălzirii la tensiuni DC mari.
3. La montarea ulterioară a cutiilor de combinare existente, alegeți un suport pentru siguranțe care se montează pe șina existentă și nu necesită înlocuirea blocurilor de borne. Suportul de siguranță Soutya a funcționat exact conform specificațiilor sale, iar proiectul a fost finalizat înainte de termen.

Dacă fabrica ar face acest lucru din nou, singura îmbunătățire ar fi înlocuirea suporturilor siguranțelor mai devreme, în timpul punerii în funcțiune a echipamentului inițial. Costul prevenirii a fost o treime din costul primelor două reparații de urgență.

Referințe

[1] IEC 60269-1. Siguranțe de joasă tensiune - Partea 1: Cerințe generale [S]. 2020.https://webstore.iec.ch/publication/62496

[2] Caracteristicile de îmbătrânire ale electrozilor de contact ai întrerupătoarelor DC de joasă tensiune [J]. Energii, 2021, 14(20): 6838.https://doi.org/10.3390/en14206838