Jak skrzynka rozdzielcza 690 V AC 4 w 1 eliminuje awarie po stronie prądu przemiennego w elektrowni słonecznej o 78%

Operator instalacji fotowoltaicznych na skalę komercyjną w Europie Południowej zarządza 85 MW naziemnych instalacji fotowoltaicznych w dwunastu lokalizacjach. W każdym obiekcie stosowane są falowniki szeregowe dużej mocy, które generują napięcie prądu przemiennego 690 V. Przed modernizacją najbardziej narażonym na awarie punktem w całej instalacji było połączenie po stronie prądu przemiennego pomiędzy czterema falownikami i transformatorem podwyższającym napięcie. Po doposażeniu w skrzynkę rozdzielczą Soutya 690 V AC 4 wejścia 1 wyjście operator skrócił czas przestojów po stronie prądu przemiennego o 78% w ciągu sześciu miesięcy.

Jaka była przeszłość i sytuacja operacyjna klienta?

Firma obsługuje kilka elektrowni fotowoltaicznych o mocy od 5 MW do 10 MW zbudowanych w latach 2017–2020. W każdej elektrowni grupy czterech falowników dostarczają napięcie prądu przemiennego o wartości 690 V przez oddzielne skrzynki przyłączeniowe i indywidualne rozdzielnice przed wejściem do transformatora średniego napięcia.

Problemem związanym z niezawodnością stały się przestarzałe okablowanie i niezintegrowany sprzęt ochronny. W zakładach pracował niewielki zespół obsługi i konserwacji, a średni czas diagnozowania problemu po stronie klimatyzacji przekraczał pół dnia. W związku z przejściem regionu na krótsze okna taryf gwarantowanych właściciel potrzebował większej dostępności i niższych kosztów usług w przeliczeniu na kilowatogodzinę.

Co dokładnie sprawiło, że okablowanie po stronie prądu przemiennego stało się powtarzającym się wąskim gardłem?

Przed modernizacją każde wyjście falownika było podłączane do standardowej skrzynki przyłączeniowej 690 V AC wyposażonej w oddzielne wyłączniki w obudowie formowanej, przykręcane ograniczniki przepięć i listwy zaciskowe. Skrzynki te nie zapewniały równego odstępu fazowego ani odpowiedniego odprowadzania ciepła. Błędy występowały w trzech głównych postaciach:

• Luźne zaciski zasilaczy 690 V powodowały przegrzanie i sporadyczne wyłączanie.
• Ograniczniki zostały zamontowane bez odpowiedniej koordynacji typu 2, w związku z czym stany nieustalone wywołane wyładowaniami atmosferycznymi dwukrotnie w ciągu roku uszkodziły stopnie mocy falownika.
• Ponieważ konserwacja jednego falownika wymagała otwarcia obudowy pod napięciem, pracownicy musieli wyłączyć całą grupę składającą się z czterech falowników, co spowodowało straty w wysokości około 920 dolarów na godzinę na instalację.

Całkowity roczny koszt tych awarii po stronie prądu przemiennego – obejmujący materiały naprawcze, robociznę i utracone przychody – wyniósł 23 000 dolarów na obiekt o mocy 10 MW.

Dlaczego warto wybrać skrzynkę rozdzielczą Soutya 690 V AC 4 wejścia 1 wyjście?

Operator rozważył trzy alternatywy: standardowe rozdzielnice prądu przemiennego od lokalnego producenta paneli, komercyjne rozłączniki z bezpiecznikami i skrzynkę Soutya. Konstruktor rozdzielnic nie był w stanie dostarczyć rozdzielnicy 690 V AC, która przeszłaby testy ochrony przeciwprzepięciowej typu 2 wymagane przez normę IEC 61643-11. Rozłączniki bezpiecznikowe nie miały odpowiedniej koordynacji zwarciowej z transformatorem umieszczonym za urządzeniem.

Skrzynka rozdzielcza 4 wejścia 1 wyjścia Soutya 690 V AC dokładnie pasowała do istniejącej topologii elektrycznej. Łączy cztery wejścia 690 V AC w ​​jedno zabezpieczone wyjście z czterema wyłącznikami wejściowymi i jednym wyłącznikiem wyjściowym. Zintegrowane urządzenie przeciwprzepięciowe ma parametry znamionowe zgodne z normą IEC 61643-11, a układ obudowy zapewnia oddzielne przedziały na okablowanie i szyny zbiorcze pod napięciem. Zmniejszyło to potrzebną powierzchnię o ponad 60% w porównaniu z poprzednią rozdzielnicą.

W jaki sposób rozwiązanie zostało wdrożone w wielu lokalizacjach?

Projekt instalacji przebiegał w trzech etapach w ciągu czterech miesięcy. Na miejsce pilotażowe zespół wybrał zakład o największej historii usterek.

Główne kroki to:

1. Odłączono zasilanie od strony prądu przemiennego w jednej grupie składającej się z czterech falowników i usunięto istniejącą obudowę.
2. Zamontowano skrzynkę Soutya na istniejącej ramie unistrut w pobliżu transformatora.
3. Zakończono cztery kable miedziane 185 mm² prowadzące z falowników i jeden kabel 300 mm² do transformatora.
4. Skonfigurowano wartości znamionowe wyłącznika wejściowego, aby odpowiadały ochronie wyjścia falownika i ustawiły SPD na napięcie systemowe 690 V AC.
5. Uruchomiono wyjście monitorujące na RS485 i sprawdziono progi wyłączania w oparciu o SCADA instalacji.

Typową trudnością było to, że istniejące kable wyjściowe czterech falowników miały różną długość i były ułożone w różnych korytkach. To spowodowało lekko niezrównoważone impedancje linii. Rozwiązaniem było zainstalowanie łączników wyrównawczych szyn zbiorczych i docięcie długości kabli w każdej grupie; temperatura terminala pozostała stała po dniu pracy przy pełnym obciążeniu.

Jakie wymierne rezultaty osiągnęła roślina?

Sześć miesięcy po pierwszej instalacji operator porównał obiekt pilotażowy z jego historycznymi wynikami:

• Częstotliwość usterek po stronie prądu przemiennego spadła z dwunastu incydentów rocznie do poniżej trzech, co oznacza redukcję o 75%.
• Nieplanowane przestoje spowodowane awariami 690 V AC spadły o 78%, co odpowiada 11,5 dodatkowych godzin pracy przy pełnym obciążeniu na grupę falowników rocznie.
• Roczny koszt awarii po stronie prądu przemiennego, w tym utraconej produkcji, spadł z 21 000 dolarów do 5500 dolarów na elektrownię o mocy 10 MW.
• Czas instalacji każdej grupy falowników skrócił się z dwóch pełnych dni do czterech godzin, co pozwoliło zaoszczędzić 1600 dolarów na pracy w każdym miejscu.
• Izolacja pojedynczego falownika w celu konserwacji nie wymaga już wyłączania całej grupy; grupa pozostaje online na poziomie 75%.

Co na to kierownik zakładu?

Kierownik ds. inżynierii zakładu operatora opisał efekt: "Skrzynka przyłączeniowa Soutya 690 V AC wyeliminowała najgorsze awarie termiczne i przepięciowe, jakie mieliśmy przy napięciu 690 V. W ciągu dwunastu miesięcy nie dokręciliśmy ponownie jednego zacisku zasilającego i możemy odizolować pojedynczy falownik bez zatrzymywania produkcji całego bloku. Ta zmiana opłaciła się w tym projekcie. "

Czego inni operatorzy przemysłowi i operatorzy instalacji fotowoltaicznych mogą się nauczyć z tej modernizacji?

Ten przypadek wskazuje na kilka lekcji, nie ograniczających się do oryginalnej rośliny.

• Zabezpieczenie po stronie prądu przemiennego zasługuje na takie same rygorystyczne specyfikacje, jak zabezpieczenie ciągu po stronie prądu stałego. SPD testowane zgodnie z normą IEC 61643-11 typu 2 oraz praktyki projektowania tablic zgodne z normą IEC 62548 powinny być odzwierciedlone na wyjściu prądu przemiennego.
• Kompletna skrzynka przyłączeniowa 4 w 1 zmniejsza nakład pracy instalacyjnej i czas wyszukiwania usterek w zakładach modernizacyjnych, w których przestrzeń fizyczna jest stała.
• Przed wyborem puszki sprawdź długość kabli, izolację i ułożenie korytek; równa impedancja blokowania zmniejszy ryzyko wystąpienia hotspotu.

Jeżeli operator miałby powtórzyć projekt, zamówiłby jedno zapasowe pudełko w początkowej partii i przeprowadziłby skany termowizyjne podczas uruchamiania, ponieważ te skany umożliwiłyby końcową kontrolę terminala i identyfikowalność. Od tego czasu firma zastosowała tę samą skrzynkę przyłączeniową 690 V AC w ​​swoich starszych elektrowniach o mocy 10 MW i spodziewa się takiej samej poprawy dostępności w całym portfolio 85 MW.

Referencje branżowe:

• IEC 62548:2016 Układy fotowoltaiczne (PV) — Wymagania projektowe. (Źródło: https://webstore.iec.ch/publication/62548)
• IEC 61643-11:2011 Niskonapięciowe urządzenia zabezpieczające przed przepięciami – Część 11: SPD podłączane do systemów elektroenergetycznych niskiego napięcia. (Źródło: https://webstore.iec.ch/publication/61643-11)