Kuinka aurinkosähkölaitos katkaisi langan seisonta-ajan 60 % DC 1000 V:n sulakepitimellä

Asiakkaan tausta

Korkealla aavikkoalueella sijaitsevan 45 MW:n aurinkosähkölaitoksen DC-yhdistimen laatikoissa ilmeni toistuvia vikoja. Alueellista sähköverkkoa palvelevan riippumattoman sähköntuottajan operoima laitos oli ollut käytössä kuusi vuotta. Yli 1 400 merkkijonopiiriä syötetään 28 yhdistäjälaatikkoon, joista jokainen kuljettaa jopa 1000 V tasavirtaa aurinkopaneeleista keskusinvertteriin.

Laitoksen käyttötiimiin kohdistui kasvavia paineita vähentää ennakoimattomia seisokkeja, kun paikallinen kantaverkko-operaattori otti käyttöön tiukemmat käytettävyysrangaistukset. Kesälämpötilojen ollessa yli 45 °C, DC-komponenttien lämpörasitus oli vakava.

Mitä ongelmia aurinkosähkölaitoksella oli ennen päivitystä?

Alkuperäiset sulakkeenpitimet olivat yleisiä yksiköitä, jotka on mitoitettu vain 600 V DC: lle. Ne olivat alimitoitettuja laitoksen 1000 V:n jousikokoonpanoon nähden. Yli 18 kuukauden aikana toimintatiimi kirjasi 23 sulakkeenpitimen vikaa 11 yhdistelmäkotelossa.

Oireet olivat johdonmukaisia: sulakkeenpitimen pidikkeet menettivät jousen jännityksen toistuvan lämpösyklin jälkeen, mikä loi suuren vastuksen koskettimet. 1000 V DC:ssä huono liitäntä aiheutti paikallista kuumenemista ja mikrokaaria. Useissa tapauksissa sulakkeenpidin suli ja yhdysrasia jouduttiin irrottamaan hätäkorjausta varten. Jokainen tapaus maksoi keskimäärin 4 800 dollaria menetettynä energiantuotannossa, varaosissa ja työssä.

Aiemmat yritykset kiristää pidikkeet uudelleen ja levittää johtavaa rasvaa eivät ratkaisseet ongelmaa. Toisen sulamisen jälkeen laitoksen johtaja määräsi sulakkeenpitimen teknisten tietojen täydellisen tarkastelun.

Miksi käyttäjä valitsi Soutya DC 1000V sulakepidikkeen?

Suunnitteluryhmä arvioi kolme vaihtoehtoa. Ensimmäinen oli tavallinen DIN-kiskon sulakepidike, joka on mitoitettu 1000 V DC:lle, mutta sen pidikkeet tehtiin alemman luokan kupariseoksesta, joka silti syöpyisi suolaisessa aavikon ilmassa. Toinen vaihtoehto oli oma ratkaisu, joka vaati koko yhdyslaatikon vaihtamista, mikä ylitti ylläpitobudjetin.

Kolmas vaihtoehto oli Soutya DC 1000V sulakepidike. Kolme tekijää olivat ratkaisevia:

• Selkeä 1000 V DC -luokitus testatulla katkaisukapasiteetilla, joka vastasi PV-sarjan oikosulkuvirtaa standardin IEC 60269-1 olosuhteissa.
• Ruostumattomasta teräksestä ja tinatusta kuparista valmistetut kierrejousiklipsit, jotka on suunniteltu ylläpitämään kosketuspainetta laajemmalla lämpötila-alueella.
• Kompakti runko, joka sopii olemassa olevaan yhdistelmäkotelon kokoonpanoon ilman uudelleenjohdotusta. Tämä pienensi asennusriskiä ja piti työvoimakustannukset alhaisina.

Soutyan sulakepidikkeen mukana tuli myös matta nailonkotelo, joka vastusti ultraviolettisäteilyn hajoamista, mikä oli aiheuttanut hauraita halkeamia vanhoissa yksiköissä. Hankintapäällikkö vahvisti, että Soutya myönsi kolmen vuoden takuun laitoksen todelliseen tasajännite- ja virtatietoihin perustuen.

Kuinka uusi sulakepidike otettiin käyttöön?

Päivitys toteutettiin neljän viikon aikana tehtaan lopputalven huoltoikkunan aikana. Operaatiotiimi vaihtoi 520 sulakepidikettä vaiheittain, yksi yhdysrasia kerrallaan välttääkseen laajoja järjestelmän sammutuksia.

• Vaihe 1: Laitoksen huoltohenkilöstö poisti jännitteen yhdestä yhdysrasiasta ja varmisti nollajännitteen merkkijonojen liittimistä.
• Vaihe 2: Jokainen olemassa oleva sulakkeenpidin poistettiin. Teknikot dokumentoivat liitinruuvien vääntömomentin ja tarkastivat sulakkeiden kiinnikkeissä valokaaren merkkejä.
• Vaihe 3: Uudet Soutya DC 1000V sulakepitimet asennettiin käyttämällä olemassa olevaa DIN-kiskoa ja riviliittimiä. Sulakkeen sisäänvientivoima oli huomattavasti suurempi, mikä vähensi kohdistusvirheiden todennäköisyyttä.
• Vaihe 4: Jokainen piiri testattiin DC-eristysvastuksen testerillä ja sulakkeen kunnon osoittimella ennen uudelleenjännitettä.
• Vaihe 5: Huoltoryhmä suoritti lämpökuvaustutkimuksen viikon kuluttua siitä, kun jokainen yhdistäjälaatikko oli jälleen käytössä.

Ainoa merkittävä vaikeus oli langan taivutustila yhdyslaatikoiden sisällä. Soutyan sulakepitimen liitinsuuntaus helpotti 6 mm²:n PV-johtimien reititystä ilman pakottavia taivutuksia, joten ongelma ratkesi muutamassa tunnissa.

Mitä mitattavissa olevia tuloksia operaattori saavutti?

Kaksitoista kuukautta päivityksen jälkeen operaattori vertasi suorituskykytietoja kahteen vuoteen ennen vaihtoa.

• Sulakkeenpitimen vioista johtuvat merkkijonojen seisokit putosivat 60 % keskimääräisestä 14 tunnista kuukaudessa 5,5 tuntiin.
• Sulakkeenpitimen vaihtokustannukset laskivat 45 prosenttia 2 800 dollarista neljännesvuosittain 1 540 dollariin. Tämä sisälsi osat, työn ja lämpötarkastuksen ajan.
• Suunnittelemattomat yhdyslaatikoiden huoltotapahtumat vähenivät 8:sta 2:een vuodessa. Mikään sulakkeenpidin ei ilmoittanut kipinöimisestä tai sulamisesta
• Keskimääräinen lämpötilan nousu sulakkeenpitimen kosketuspisteissä laski 18°C ​​infrapunakameralla mitattuna.

Laitospäällikkö totesi myös, että verkko-operaattorin käytettävyyssakko alennettiin nollaan kolmessa viimeisimmässä kuukausittaisessa selvitysraportissa. Stressaisilla markkinoilla tämä parannus yksinään oikeuttai 11 000 dollarin laitteistoinvestoinnin.

Asiakkaan kertomus: Mitä huoltojohtaja sanoi?

"Menetimme luottamuksen alkuperäisiin sulakepitimiin toisen sulamisen jälkeen. Soutya DC 1000V sulakepidike on antanut meille luotettavan yhteyden, jonka voimme ennustaa. Lämpökuvaustulokset ovat selkeät, ja tiimini voi keskittyä puhdistukseen ja vääntömomentin tarkistuksiin hätävaihdon sijaan", sanoi laitoksen huoltojohtaja.

Oppitunteja ja suosituksia muille tasavirtajärjestelmän käyttäjille

Aurinkovoimaloissa, varastojärjestelmissä tai teollisissa tasavirtaverkoissa 1000 V DC-piirejä hallinnoiville operatiivisille ryhmille projekti tarjosi kolme käytännöllistä poimintaa.

1. Tarkista aina piirin todellinen tasajännite ja vikavirta ennen sulakkeenpitimen valitsemista. 600 V:n mitoitettu pidike 1000 V järjestelmässä on vaarallinen riippumatta siitä, kuinka hyvin se istuu mekaanisesti.
2. Tarkista sulakepidikkeen materiaali ja jousen rakenne. Korkealaatuinen kosketuspaine on tärkein yksittäinen suoja ylikuumenemista vastaan ​​korkeilla tasajännitteillä.
3. Kun asennat jälkikäteen olemassa olevia yhdysrasiaa, valitse sulakkeenpidin, joka kiinnitetään olemassa olevaan kiskoon eikä vaadi riviliittimien vaihtamista. Soutyan sulakepidike toimi täsmälleen ohjeiden mukaan ja projekti valmistui etuajassa.

Jos laitos tekisi tämän uudelleen, yksi parannus olisi vaihtaa sulakkeenpitimet aikaisemmin, laitteiston käyttöönoton yhteydessä. Ennaltaehkäisyn kustannukset olivat kolmannes kahden ensimmäisen hätäkorjauksen kustannuksista.

Viitteet

[1] IEC 60269-1. Pienjännitesulakkeet - Osa 1: Yleiset vaatimukset [S]. 2020.https://webstore.iec.ch/publication/62496

[2] Pienjännitteisten tasavirtakytkimien kosketuselektrodien ikääntymisominaisuudet [J]. Energies, 2021, 14(20): 6838.https://doi.org/10.3390/en14206838