Как объединительная коробка переменного тока 690 В 4 в 1 сокращает количество неисправностей на стороне переменного тока солнечной электростанции на 78 %

Коммерческий оператор солнечной энергии в Южной Европе управляет 85 МВт наземных фотоэлектрических мощностей на двенадцати объектах. На каждом объекте используются мощные сетевые инверторы, выдающие напряжение 690 В переменного тока. До модернизации соединение на стороне переменного тока между четырьмя инверторами и повышающим трансформатором было наиболее подверженной сбоям точкой всей установки. После модернизации распределительным блоком Soutya 690 В переменного тока 4 входа 1 выход оператор сократил время простоев из-за неисправности на стороне переменного тока на 78% за шесть месяцев.

Какова была биография и операционная ситуация клиента?

Компания управляет несколькими фотоэлектрическими установками мощностью от 5 МВт до 10 МВт, построенными в период с 2017 по 2020 год. На каждой установке группы из четырех инверторов подают напряжение 690 В переменного тока через отдельные распределительные коробки и отдельные распределительные устройства перед входом в трансформатор среднего напряжения.

Устаревшая проводка и неинтегрированное защитное оборудование стали проблемой надежности. На станциях работала небольшая команда по эксплуатации и техническому обслуживанию, а среднее время диагностики проблемы со стороны переменного тока превышало полдня. Поскольку регион перешел на более короткие периоды льготных тарифов, владельцу потребовалась более высокая доступность и более низкая стоимость услуг за киловатт-час.

Что именно делало их проводку на стороне переменного тока постоянным узким местом?

До модернизации каждый выход инвертора подключался к стандартной распределительной коробке переменного тока на 690 В, оборудованной отдельными выключателями в литом корпусе, ограничителями перенапряжения с болтовым креплением и клеммными колодками. Эти коробки не обеспечивали равного межфазного расстояния или адекватного рассеивания тепла. Неисправности возникали в трех основных формах:

• Ослабленные клеммы на фидерах 690 В стали причиной перегрева и периодических отключений.
• Разрядники были установлены без надлежащей координации типа 2, поэтому переходные процессы, вызванные молнией, повредили силовые ступени инвертора дважды за год.
• Поскольку для обслуживания одного инвертора требовалось открытие кожуха под напряжением, работникам пришлось отключить всю группу из четырех инверторов, что привело к потерям генерации примерно в 920 долларов в час на установку.

Общая годовая стоимость этих отказов на стороне переменного тока, включая ремонтные материалы, рабочую силу и упущенную выгоду, составила 23 000 долларов США на объект мощностью 10 МВт.

Почему стоит выбрать объединительную коробку Soutya 690 В переменного тока 4 входа 1 выход?

Оператор рассмотрел три альтернативы: стандартные распределительные щиты переменного тока от местного производителя панелей, коммерческие разъединители с предохранителями и коробку Soutya. Производитель панелей не смог поставить распределительный щит на 690 В переменного тока, который прошел испытания на защиту от перенапряжения типа 2, требуемые стандартом IEC 61643-11. Разъединители с предохранителями не имели надлежащей координации короткого замыкания с нижестоящим трансформатором.

Комбинаторный блок Soutya 690 В переменного тока 4 входа 1 выход точно соответствовал существующей электрической топологии. Он объединяет четыре входа переменного тока напряжением 690 В в один защищенный выход с четырьмя входными автоматическими выключателями и одним выходным выключателем. Встроенное устройство защиты от перенапряжений соответствует стандарту IEC 61643-11, а в конструкции корпуса предусмотрены отдельные отсеки для кабелей и шин под напряжением. Это позволило сократить необходимую площадь более чем на 60% по сравнению с предыдущим распределительным устройством.

Как решение было развернуто на нескольких сайтах?

Проект установки проходил в три этапа в течение четырех месяцев. В качестве пилотного объекта команда выбрала станцию ​​с наибольшим количеством отказов.

Основными шагами были:

1. Обесточила сторону переменного тока одной группы из четырех инверторов и сняла существующий корпус.
2. Смонтировал коробку Соутья на существующую нераспорную раму возле трансформатора.
3. Подключены четыре медных кабеля сечением 185 мм² от инверторов и один кабель сечением 300 мм² к трансформатору.
4. Настроил номиналы входного выключателя в соответствии с выходной защитой инвертора и установил SPD на системное напряжение 690 В переменного тока.
5. Включил выход мониторинга на RS485 и проверил пороги срабатывания по заводской SCADA.

Типичная трудность заключалась в том, что существующие выходные кабели четырех инверторов имели разную длину и прокладывались в разных лотках. Это привело к слегка несбалансированному импедансу линии. Решение заключалось в установке уравнителей шин и обрезке длин кабелей внутри каждой группы; температура терминала оставалась постоянной после дня работы с полной нагрузкой.

Каких измеримых результатов добился завод?

Через шесть месяцев после первой установки оператор сравнил пилотную площадку с ее историческими показателями:

• Частота отказов на стороне переменного тока снизилась с двенадцати инцидентов в год до менее трех, то есть на 75%.
• Время внеплановых простоев из-за сбоев напряжения 690 В переменного тока сократилось на 78%, что составляет 11,5 дополнительных часов работы при полной нагрузке на группу инверторов в год.
• Годовая стоимость отказа на стороне переменного тока, включая потери производства, снизилась с 21 000 долларов США до 5 500 долларов США на электростанцию ​​мощностью 10 МВт.
• Время установки каждой группы инверторов сократилось с двух полных дней до четырех часов, что позволило сэкономить 1600 долларов США на трудозатратах на объект.
• Изоляция одного инвертора для технического обслуживания больше не требует отключения всей группы; группа остается онлайн на 75% мощности.

Что говорит директор завода?

Технический руководитель предприятия оператора описал эффект: "Объединительный блок Soutya 690 В переменного тока устранил худшие тепловые и скачки напряжения, которые у нас были при напряжении 690 В. За двенадцать месяцев мы не подтянули ни одну клемму фидера, и мы можем изолировать один инвертор, не останавливая производство для всего блока. Это изменение окупилось в этом проекте".

Чему другие промышленные и солнечные операторы могут научиться из этой модернизации?

Этот случай указывает на несколько уроков, не ограничивающихся исходным заводом.

• Защита на стороне переменного тока заслуживает такой же строгости технических требований, как и защита цепочки на стороне постоянного тока. УЗИП, протестированные по стандарту IEC 61643-11 типа 2, и методы проектирования массивов по стандарту IEC 62548 должны быть отражены на выходе переменного тока.
• Полный объединительный блок «4 в 1» сокращает трудозатраты на монтаж и время поиска неисправностей на модернизированных предприятиях, где физическое пространство фиксировано.
• Прежде чем выбирать коробку, проверьте длину кабелей, изоляцию и прокладку лотка; равный блокирующий импеданс снизит риск возникновения горячих точек.

Если бы оператору пришлось повторить проект, он бы заказал один запасной блок из первоначальной партии и выполнил тепловизионное сканирование во время ввода в эксплуатацию, поскольку эти сканирования позволили провести окончательные проверки терминала и обеспечить возможность отслеживания. С тех пор компания применила тот же блок сумматора переменного тока на 690 В на своих старых электростанциях мощностью 10 МВт и ожидает такого же улучшения доступности по всему портфелю установок мощностью 85 МВт.

Отраслевые ссылки:

• МЭК 62548:2016 Фотоэлектрические (ФЭ) батареи. Требования к проектированию. (Источник: https://webstore.iec.ch/publication/62548)
• МЭК 61643-11:2011 Устройства защиты от перенапряжения низковольтные. Часть 11. УЗИП, подключенные к низковольтным энергосистемам. (Источник: https://webstore.iec.ch/publication/61643-11)