Ako fotovoltaická elektráreň skráti prestoje reťazca o 60 % pomocou držiaka poistky DC 1000 V

Zázemie zákazníka

Fotovoltaická (FV) elektráreň s výkonom 45 MW, ktorá sa nachádza vo vysokohorskej púštnej oblasti, zažívala opakované poruchy v zlučovačoch jednosmerného prúdu. Zariadenie, ktoré prevádzkuje nezávislý výrobca elektriny obsluhujúci regionálnu rozvodnú sieť, bolo v prevádzke šesť rokov. Viac ako 1 400 reťazcov napájaných do 28 zlučovacích boxov, z ktorých každý prenáša až 1 000 V DC zo solárnych panelov do centrálnych invertorov.

Prevádzkový tím závodu čelil rastúcemu tlaku na znižovanie neplánovaných odstávok, keďže miestny prevádzkovateľ siete zaviedol prísnejšie sankcie za dostupnosť. Pri letných teplotách presahujúcich 45 °C bolo tepelné namáhanie DC komponentov vážne.

Akým problémom čelila FVE pred inováciou?

Pôvodné držiaky poistiek boli generické jednotky dimenzované iba na 600 V DC. Boli poddimenzované pre 1000V konfiguráciu reťazca závodu. Za 18 mesiacov zaznamenal operačný tím 23 porúch držiakov poistiek v 11 zlučovacích skriniach.

Symptómy boli konzistentné: svorky držiaka poistiek stratili napätie pružiny po opakovanom tepelnom cyklovaní, čím sa vytvorili kontakty s vysokým odporom. Pri jednosmernom napätí 1 000 V spôsobilo zlé pripojenie lokalizované zahrievanie a mikrooblúkovanie. V niekoľkých prípadoch sa držiak poistky roztavil a zlučovacia skrinka musela byť odpojená z dôvodu núdzovej opravy. Každý incident stál v priemere 4 800 dolárov v strate výroby energie, náhradných dielov a práce.

Predchádzajúce pokusy o opätovné utiahnutie spony a nanesenie vodivého maziva problém nevyriešili. Po druhom roztavení nariadil vedúci závodu úplnú kontrolu špecifikácií držiaka poistiek.

Prečo si operátor vybral držiak poistky Soutya DC 1000V?

Inžiniersky tím vyhodnotil tri alternatívy. Prvým bol štandardný držiak poistiek na DIN lištu dimenzovaný na 1000 V DC, ale jeho svorky boli vyrobené z menej kvalitnej zliatiny medi, ktorá by v slanom púštnom vzduchu stále korodovala. Druhou možnosťou bolo proprietárne riešenie, ktoré si vyžadovalo výmenu celej zlučovacej skrine, čo presahovalo rozpočet na údržbu.

Treťou možnosťou bol držiak poistky Soutya DC 1000V. Rozhodujúce boli tri faktory:

• Explicitné menovité napätie 1000 V DC s testovanou vypínacou schopnosťou, ktorá zodpovedala skratovému prúdu PV reťazca podľa podmienok IEC 60269-1.
• Špirálové pružinové spony vyrobené z nehrdzavejúcej ocele a pocínovanej medi, navrhnuté tak, aby udržiavali kontaktný tlak v širšom teplotnom rozsahu.
• Kompaktné telo, ktoré zapadá do existujúceho usporiadania zlučovacej skrine bez prepájania. Tým sa znížilo riziko inštalácie a náklady na prácu boli nízke.

Držiak poistky Soutya bol tiež dodávaný s matným nylonovým puzdrom, ktoré odolávalo degradácii ultrafialovým žiarením, čo je problém, ktorý spôsobil krehké praskliny v starých jednotkách. Manažér obstarávania potvrdil, že Soutya poskytla trojročnú záruku na základe skutočných údajov jednosmerného napätia a prúdu zo závodu.

Ako bol nasadený nový držiak poistky?

Modernizácia bola nafázovaná počas štyroch týždňov, počas obdobia údržby závodu koncom zimy. Prevádzkový tím postupne vymenil 520 držiakov poistiek, po jednom zlučovači, aby sa predišlo rozsiahlym odstávkam systému.

• Krok 1: Pracovníci údržby elektrárne odpojili od napájania jednu zlučovaciu skriňu a overili nulové napätie na svorkách reťazca.
• Krok 2: Každý existujúci držiak poistky bol odstránený. Technici zdokumentovali krútiaci moment na skrutkách svoriek a skontrolovali, či poistkové spony nevykazujú známky iskrenia.
• Krok 3: Nové držiaky poistiek Soutya DC 1000V boli namontované pomocou existujúcej lišty DIN a svorkovníc. Sila vloženia poistky bola výrazne vyššia, čo znížilo pravdepodobnosť nesprávneho nastavenia.
• Krok 4: Každý obvod bol pred opätovným zapnutím otestovaný jednosmerným testerom izolačného odporu a indikátorom stavu poistky.
• Krok 5: Tím údržby vykonal termovízny prieskum týždeň po tom, ako bola každá zlučovacia skrinka opäť v prevádzke.

Jediným významným problémom bol tesný priestor na ohýbanie drôtu vo vnútri zlučovačov. Orientácia svoriek držiaka poistky Soutya uľahčila vedenie 6 mm² PV vodičov bez násilných ohybov, takže problém bol vyriešený v priebehu niekoľkých hodín.

Aké kvantifikovateľné výsledky operátor dosiahol?

Dvanásť mesiacov po modernizácii operátor porovnal údaje o výkone s dvoma rokmi pred výmenou.

• Prestoje reťazca v dôsledku porúch držiaka poistiek klesli o 60 %, z priemerných 14 hodín za mesiac na 5,5 hodiny.
• Náklady na výmenu držiaka poistiek klesli o 45 %, z 2 800 USD za štvrťrok na 1 540 USD. To zahŕňalo diely, prácu a čas tepelnej kontroly.
• Neplánované servisné udalosti zlučovača sa znížili z 8 na 2 ročne. Žiaden držiak poistky nehlásil vznik iskrenia alebo roztavenia počas prevádzky
• Priemerný nárast teploty v kontaktných bodoch držiaka poistky klesol o 18 °C, merané infračervenou kamerou.

Manažér závodu tiež poznamenal, že pokuta za dostupnosť od prevádzkovateľa siete bola v troch posledných mesačných správach o zúčtovaní znížená na nulu. Na napätom trhu len toto zlepšenie odôvodnilo investíciu do hardvéru vo výške 11 000 USD.

Svedectvo klienta: Čo povedal riaditeľ údržby?

"Po druhom roztavení sme stratili dôveru v pôvodné držiaky poistiek. Držiak poistiek Soutya DC 1000 V nám poskytol spoľahlivé spojenie, ktoré môžeme predvídať. Výsledky termovízie sú jasné a môj tím sa môže sústrediť na čistenie a kontroly krútiaceho momentu namiesto núdzových výmen," povedal riaditeľ údržby závodu.

Poučenia a odporúčania pre ostatných prevádzkovateľov jednosmerných energetických systémov

Pre prevádzkové tímy, ktoré spravujú 1000V DC obvody v solárnych elektrárňach, akumulačných systémoch alebo priemyselných DC sieťach, projekt ponúkol tri praktické poznatky.

1. Pred výberom držiaka poistky vždy overte skutočné jednosmerné napätie a poruchový prúd obvodu. Držiak s menovitým napätím 600 V v systéme 1 000 V predstavuje nebezpečenstvo bez ohľadu na to, ako dobre mechanicky sedí.
2. Skontrolujte materiál poistkovej spony a dizajn pružiny. Vysoko kvalitný kontaktný tlak je najdôležitejšou obranou proti prehriatiu pri vysokom jednosmernom napätí.
3. Pri dodatočnej montáži existujúcich zlučovacích skríň si vyberte držiak poistiek, ktorý sa montuje na existujúcu koľajnicu a nevyžaduje výmenu svorkovníc. Držiak poistky Soutya fungoval presne podľa svojich špecifikácií a projekt bol dokončený v predstihu.

Ak by to závod urobil znova, jediným zlepšením by bola výmena držiakov poistiek skôr, počas prvého uvádzania zariadenia do prevádzky. Náklady na prevenciu predstavovali tretinu nákladov na prvé dve havarijné opravy.

Referencie

[1] IEC 60269-1. Nízkonapäťové poistky - Časť 1: Všeobecné požiadavky [S]. 2020.https://webstore.iec.ch/publication/62496

[2] Charakteristiky starnutia kontaktných elektród nízkonapäťových spínačov jednosmerného prúdu [J]. Energie, 2021, 14(20): 6838.https://doi.org/10.3390/en14206838