Wyłączniki kompaktowe Soutya DC skracają przestoje instalacji fotowoltaicznej o 35%

Elektrownia fotowoltaiczna o mocy 50 MW na południowym zachodzie Ameryki wymieniła 120 starzejących się wyłączników na wyłączniki kompaktowe Soutya DC. Rezultat: redukcja nieplanowanych przestojów o 35%, spadek wskaźnika awaryjności wyłączników z 4,2% do 0,8% oraz roczne oszczędności w zakresie konserwacji wynoszące ponad 60 000 USD.

Jaka była sytuacja operacyjna w zakładzie fotowoltaicznym?

Obiekt obsługuje 24 bloki fotowoltaiczne, z których każdy zasila stację konwersji prądu stałego na prąd przemienny o mocy 2 MW. Oryginalny system ochrony prądu stałego składał się z miniaturowych wyłączników nie znajdujących się na liście UL, zainstalowanych na etapie budowy. Po 14 latach spędzonych w środowisku pustynnym wyłączniki wykazywały widoczne oznaki naprężenia termicznego, a kilka z nich wyłączyło się podczas rutynowych operacji czyszczenia, gdy wysoka wilgotność utworzyła ścieżki wycieków.

Kierownicy zakładów byli pod presją, aby w ramach umowy zakupu energii zwiększyć dostępność energii z 98,2% do ponad 99%. Każda nieplanowana podróż oznaczała utratę generacji, a każda wizyta w celu wymiany wymagała całkowitego wyłączenia łańcucha.

Jakie wyzwania spowodował stary system ochrony prądu stałego?

W ciągu ostatnich 12 miesięcy w zakładzie zanotowano 47 awarii wyłącznikowych. Najczęstszym problemem było uciążliwe wyłączanie w wyniku przejściowego przetężenia, wywołane zwarciami sąsiednich stringów. Kiedy otworzył się pojedynczy wyłącznik znajdujący się powyżej, siedem strun znajdujących się za nim pociemniało. Zespół konserwacyjny spędzał średnio 3,5 godziny na każdym wydarzeniu, włączając podróżowanie po terenie o powierzchni 200 akrów.

Starszym wyłącznikom również brakowało wyraźnej sygnalizacji usterek. Technicy musieli zdjąć osłony i użyć kamer na podczerwień, aby zidentyfikować, które urządzenie się otworzyło. W dwóch przypadkach zadziałał wyłącznik, który został omyłkowo zamknięty ponownie, podczas gdy zwarcie za nim nadal występowało, powodując uszkodzenie skrzynki przyłączeniowej i jednego falownika.

Części zamiennych stawało się coraz mniej, a pierwotny dostawca zaprzestał produkcji modelu. Fabryka posiadała w magazynie 40 jednostek kilku różnych marek, ale żadna nie odpowiadała istniejącej powierzchni, więc każda przebudowa wymagała modyfikacji paneli.

Dlaczego zakład wybrał wyłączniki kompaktowe Soutya DC?

Zespół inżynierów ocenił trzy opcje wymiany: wyłączniki AC o parametrach znamionowych DC od lokalnego dystrybutora, regenerowane jednostki od oryginalnego producenta oraz linię DC MCCB firmy Soutya. Wyłączniki hybrydowe AC-DC miały niższą zdolność przerywania i nie przeszły wewnętrznego testu zwarciowego zakładu przy 10 kA. Zregenerowane jednostki objęte były 90-dniową gwarancją i nie uwzględniały problemu uciążliwych podróży.

Wyłącznik kompaktowy firmy Soutya na prąd stały został wybrany po próbie działania obok siebie na dwóch ciągach. Produkt spełniał wymagania UL 489 i oferował znamionowe napięcie robocze 1000 V DC przy zdolności przerywania 25 kA, czyli znacznie powyżej maksymalnego dostępnego na miejscu prądu zwarciowego wynoszącego 12 kA. Wyłączniki posiadały również wizualną flagę wyłączenia i styki pomocnicze do zdalnego monitorowania, których żaden inny kandydat nie oferował w porównywalnej cenie.

Na decyzję miała również wpływ chęć firmy Soutya do zapewnienia wsparcia inżynieryjnego w zakresie zastosowań oraz 5-letniej bezkwestionowej gwarancji na części.

Jak wdrożono wyłącznik MCCB Soutya DC?

Program wymiany obejmował osiem tygodni w pięciu podstacjach. Projekt został podzielony na pięć etapów:

• Faza 1: Badanie w terenie i oznakowanie wszystkich 120 pozycji wyłączników.
• Faza 2: Montaż dwóch paneli na bloku 7 i 48-godzinny test obciążeniowy.
• Faza 3: Pełne wdrożenie do bloków 7 i 8, z pozostawieniem jednej struny na starych wyłącznikach jako kontroli.
• Faza 4: Wymiana pozostałych bloków po porównaniu kontroli wykazała redukcję awarii w stosunku 4:1.
• Faza 5: Szkolenie dwóch elektryków zakładu w zakresie diagnostyki wyłączeń i procedur wymiany.

Głównym wyzwaniem technicznym było dostosowanie istniejących szyn montażowych skrzynki przyłączeniowej. Kompaktowe wymiary Soutya odpowiadały standardowemu układowi szyny DIN, ale występy szyn zbiorczych były nieco większe. W zakładzie zastosowano niestandardowy adapter miedziany dostarczony przez firmę Soutya, a czas montażu każdego wyłącznika wynosił średnio 27 minut, co obejmowało dokręcenie końcówek i nałożenie pasty przeciwutleniającej.

Jakie rezultaty osiągnął obiekt?

Po zainstalowaniu ostatniego wyłącznika zakład monitorował wydajność przez dziewięć miesięcy. Nieplanowane przestoje spowodowane awarią wyłączników prądu stałego spadły z 11,6 godzin miesięcznie do 0,8 godzin miesięcznie, co oznacza redukcję całkowitego czasu przestoju instalacji o 35% po normalizacji pod kątem sezonowości. Wskaźnik awaryjności wyłączników spadł z 4,2% rocznie do 0,8%.

Koszty konserwacji spadły o 60 000 dolarów rocznie w wyniku mniejszej liczby wizyt w serwisie i wyeliminowania zapasów części zamiennych. Zakład zwrócił nieużywane stare wyłączniki sprzedawcy za 7000 dolarów. Dostępność energii wzrosła do 99,4%, co spowodowało premię za wydajność w wysokości 150 000 USD od nabywcy energii.

Styki pomocnicze umożliwiły systemowi SCADA zakładu pokazywanie w czasie rzeczywistym stanu otwartego wyłącznika. Dyspozytor może teraz wysłać elektryka do odpowiedniego ciągu, skracając średni czas diagnozy z 35 minut do 6 minut.

Co powiedział kierownik ds. utrzymania ruchu w zakładzie?

„Spodziewaliśmy się niższego wskaźnika wyłączeń, ale nie spodziewaliśmy się, że diagnostyka będzie tak czysta. Flaga wyłączenia i zdalny kontakt pozwalają naszym operatorom centrali zobaczyć dokładną pozycję bez konieczności opuszczania sterowni. Dzięki temu nasz czas reakcji skrócił się o ułamek tego, co było” – powiedział kierownik ds. konserwacji instalacji elektrycznych.

Jakie wnioski mogą wyciągnąć inni operatorzy?

Trzy punkty tego projektu mają zastosowanie do każdego obiektu wyposażonego w starzejący się sprzęt zabezpieczający DC:

• Sprawdź rzeczywistą zdolność przerywania przy maksymalnym napięciu systemu. Wyłącznik o wartości znamionowej 25 kA przy 1000 V DC to nie to samo, co wyłącznik o wartości znamionowej 25 kA przy 500 V DC.
• Stosuj wymianę etapową i zachowaj dwie lub trzy struny na starym sprzęcie jako grupę kontrolną. Porównywalne dane z rośliny wykazały wynik w ciągu czterech tygodni.
• Zainwestuj w wyłączniki ze stykami pomocniczymi. Zdalny sygnał stanu opłacił się, eliminując czas patrolowania i zapobiegając błędnemu ponownemu zamknięciu po wyłączeniu.

Gdyby projekt został powtórzony, kierownik zamówiłby dodatkowe zapasowe wyłączniki do zabezpieczenia drugiej lokalizacji, zamiast sprzedawać stare jednostki. „Nie doceniliśmy zaufania do młotów Soutya i chęci ujednolicenia siostrzanej elektrowni” – zauważył.

Referencje

• UL 489 wyd. 14-2025 - Wyłączniki kompaktowe, przełączniki kompaktowe i obudowy wyłączników
• Badanie symulacyjne procesu ruchu łuku w miniaturowych wyłącznikach prądu stałego, DOI: 10.1063/5.0174184