Kuinka 690 V AC Combiner Box 4 In 1 Out katkaisi aurinkovoimalan vaihtovirtapuolen viat 78 %

Etelä-Euroopassa toimiva kaupallisen mittakaavan aurinkoenergialaitos hallinnoi 85 MW:n maahan asennettua aurinkosähkökapasiteettia 12 paikkakunnalla. Jokaisella toimipaikalla käytetään suuritehoisia merkkijonoinverttereitä, jotka tuottavat 690 V AC. Ennen päivitystä vaihtovirtapuolen liitäntä neljän invertterin ja porrasmuuntajan välillä oli koko laitoksen vioittumisalttein kohta. Jälkiasennuksen jälkeen Soutya 690V AC Combiner Box 4 In 1 Out, käyttäjä lyhensi vaihtovirtapuolen vikojen seisokkeja 78 % kuudessa kuukaudessa.

Mikä oli asiakkaan tausta ja toimintatilanne?

Yhtiöllä on käytössä useita vuosina 2017-2020 rakennettuja 5 MW - 10 MW aurinkosähkölaitoksia. Jokaisessa laitoksessa neljän invertterin ryhmät toimittavat 690 V AC:n erillisten kytkentärasioiden ja yksittäisten kytkinlaitteiden kautta ennen keskijännitemuuntajaa.

Vanhentuneesta johdosta ja integroimattomista suojalaitteista oli tullut luotettavuusongelma. Tehtaissa työskenteli pieni O&M-tiimi, ja AC-puolen ongelman diagnosointiin kului keskimäärin yli puoli päivää. Alueen siirtyessä lyhyempiin syöttötariffiikkunoihin omistaja tarvitsi parempaa käytettävyyttä ja alhaisempia palvelukustannuksia kilowattituntia kohden.

Mikä tarkalleen teki heidän vaihtovirtapuolen johdotuksistaan ​​toistuvan pullonkaulan?

Ennen jälkiasennusta jokainen invertterin lähtö käytettiin yleiseen 690 V AC kytkentärasiaan, joka oli varustettu erillisillä kotelokatkaisimilla, pultattavalla ylijännitesuojalla ja riviliittimillä. Nämä laatikot eivät tarjonneet yhtäläistä vaiheväliä tai riittävää lämmönpoistoa. Vikoja esiintyi kolmessa päämuodossa:

• 690 V syöttölaitteiden löysät liittimet aiheuttivat ylikuumenemista ja ajoittaista laukaisua.
• Suojat asennettiin ilman asianmukaista tyypin 2 koordinaatiota, joten salaman aiheuttamat transientit vaurioittivat invertterin tehoportaat kahdesti vuoden aikana.
• Koska yhden invertterin huolto vaati jännitteellisen kotelon avaamista, työntekijöiden oli suljettava koko neljän invertterin ryhmä, mikä tuotti noin 920 dollaria tunnissa tuotantohäviöitä laitosta kohti.

Näiden vaihtovirtapuolen vikojen vuotuiset kokonaiskustannukset, mukaan lukien korjausmateriaalit, työvoima ja menetetyt tulot, olivat 23 000 dollaria 10 megawattia kohden.

Miksi valita Soutya 690V AC Combiner Box 4 In 1 Out?

Operaattori tarkasteli kolmea vaihtoehtoa: paikallisen paneelivalmistajan vaihtovirtajakelulevyt, kaupalliset sulakkeet ja Soutya-laatikko. Paneelin rakentaja ei pystynyt toimittamaan 690 V AC -kytkintaulua, joka läpäisi standardin IEC 61643-11 vaatimat tyypin 2 ylijännitesuojatestit. Sulakkeista puuttui kunnollinen oikosulkukoordinointi alavirran muuntajan kanssa.

Soutya 690V AC Combiner Box 4 In 1 Out vastasi tarkasti olemassa olevaa sähkötopologiaa. Se yhdistää neljä 690 V AC -tuloa yhdeksi suojatuksi ulostuloksi, jossa on neljä tulokatkaisijaa ja yksi lähtökatkaisija. Integroitu ylijännitesuoja on standardin IEC 61643-11 mukainen, ja kotelon sijoittelu tarjoaa erilliset lokerot kaapeloille ja jännitteisille virtakiskoille. Tämä pienensi tarvittavaa jalanjälkeä yli 60 % edelliseen kojeistoon verrattuna.

Miten ratkaisu otettiin käyttöön useissa sivustoissa?

Asennusprojekti eteni kolmessa vaiheessa neljän kuukauden aikana. Tiimi valitsi pilottipaikaksi laitoksen, jolla on suurin vikahistoria.

Päävaiheet olivat:

1. Katkaisi yhden neljän invertteriryhmän AC-puolen jännitteestä ja poisti olemassa olevan kotelon.
2. Asensi Soutyan laatikon olemassa olevaan tukikehykseen lähellä muuntajaa.
3. Päätettiin neljä 185 mm² kuparikaapelia inverttereistä ja yksi 300 mm² kaapeli muuntajalle.
4. Tulon katkaisijan nimellisarvot on määritetty vastaamaan invertterin lähtösuojausta ja asetettu SPD 690 V AC -järjestelmän jännitteeseen.
5. Käyttöönti valvontalähdön RS485:lle ja tarkisti laukaisukynnykset laitoksen SCADA:ta vastaan.

Tyypillinen vaikeus oli se, että neljän invertterin nykyiset lähtökaapelit olivat eripituisia ja eri reittejä. Tämä aiheutti hieman epätasapainoisia linjaimpedansseja. Ratkaisu oli asentaa kokoojakiskolinkit ja leikata kaapelien pituudet kunkin ryhmän sisällä; terminaalin lämpötila pysyi tasaisena päivän täyden kuormituksen jälkeen.

Mitä mitattavia tuloksia kasvi saavutti?

Kuusi kuukautta ensimmäisen asennuksen jälkeen toiminnanharjoittaja vertasi pilottipaikkaa sen historialliseen suorituskykyyn:

• AC-puolen vikataajuus putosi kahdestatoista tapauksesta alle kolmeen vuodessa, mikä on 75 % vähemmän.
• Suunnittelemattomat seisokit 690 V AC -vioista laskivat 78 %, mikä vastaa 11,5 lisätuntia täydellä kuormalla taajuusmuuttajaryhmää kohden vuodessa.
• Vaihtovirtapuolen vian vuosikustannukset, mukaan lukien menetetty tuotanto, laskivat 21 000 dollarista 5 500 dollariin 10 MW:n laitosta kohden.
• Kunkin invertteriryhmän asennusaika lyheni kahdesta täydestä päivästä neljään tuntiin, mikä säästää 1 600 dollaria työmaa kohden.
• Yhden invertterin eristäminen huoltoa varten ei enää vaadi koko ryhmän sammuttamista; ryhmä pysyy verkossa 75 % kapasiteetilla.

Mitä laitoksen johtaja sanoo?

Operaattorin laitoksen suunnittelupäällikkö kuvaili vaikutusta seuraavasti: "Soutya 690V AC -yhdistäjärasia eliminoi pahimmat lämpö- ja ylijännitehäiriöt, joita meillä oli 690 voltilla. Kahteentoista kuukauteen emme ole kiristäneet yhtä syöttöliitintä, ja voimme eristää yhden invertterin tuotantoa pysäyttämättä koko lohkolle. Muutos maksoi itsensä takaisin tässä projektissa."

Mitä muut teollisuuden ja aurinkoenergian toimijat voivat oppia tästä jälkiasennuksesta?

Tämä tapaus viittaa useisiin opetuksiin, ei rajoitu alkuperäiseen tehtaaseen.

• AC-puolen suojaus ansaitsee saman tarkkuuden kuin DC-puolen suojaus. IEC 61643-11 Type 2 -testattujen SPD:iden ja IEC 62548 -ryhmän suunnittelukäytäntöjen tulee peilata vaihtovirtalähdössä.
• Täydellinen 4-in-1-out -yhdistelmälaatikko vähentää asennustyötä ja vianetsintäaikaa jälkiasennettavissa tehtaissa, joissa fyysinen tila on kiinteä.
• Ennen kuin valitset laatikon, tarkista kaapelien pituudet, eristys ja hyllyn reititys; yhtä suuri estoimpedanssi vähentää hotspot-riskiä.

Jos operaattori toistaisi projektin, se tilaaisi yhden varalaatikon alkuerään ja tekisi lämpökuvausskannauksia käyttöönoton yhteydessä, koska ne tekivät loppupäätetarkistukset ja jäljitettävyyden. Yritys on sittemmin käyttänyt samaa 690 V AC -yhdistäjälaatikkoa vanhemmissa 10 MW:n laitoksissaan ja odottaa saman käytettävyyden paranemisen koko 85 MW:n portfoliossa.

Alan referenssejä:

• IEC 62548:2016 Aurinkosähköjärjestelmät (PV) — Suunnitteluvaatimukset. (Lähde: https://webstore.iec.ch/publication/62548)
• IEC 61643-11:2011 Pienjännitteiset ylijännitesuojalaitteet — Osa 11: Pienjännitevirtajärjestelmiin kytketyt SPD:t. (Lähde: https://webstore.iec.ch/publication/61643-11)