Как фотоэлектрическая установка сократила время простоя линии на 60% с помощью держателя предохранителя на 1000 В постоянного тока

Информация о клиенте

На фотоэлектрической (PV) электростанции мощностью 45 МВт, расположенной в высокогорном пустынном районе, периодически происходили сбои в распределительных коробках постоянного тока. Объект, которым управляет независимый производитель электроэнергии, обслуживающий региональную энергосистему, находился в эксплуатации шесть лет. Более 1400 цепей подключены к 28 сумматорным коробкам, каждая из которых передает напряжение до 1000 В постоянного тока от солнечных панелей к центральным инверторам.

Операционная группа завода столкнулась с растущим давлением необходимости сократить время незапланированных простоев, поскольку местный сетевой оператор ввел более строгие штрафы за доступность. Поскольку летние температуры превышали 45°C, термическая нагрузка на компоненты постоянного тока была серьезной.

С какими проблемами столкнулась фотоэлектрическая станция перед модернизацией?

Оригинальные держатели предохранителей представляли собой стандартные блоки, рассчитанные только на 600 В постоянного тока. Они были меньшего размера для конфигурации цепочки на 1000 В. За 18 месяцев эксплуатационная группа зафиксировала 23 отказа держателей предохранителей в 11 распределительных коробках.

Симптомы были одинаковыми: зажимы держателя предохранителя потеряли упругость после многократного термоциклирования, создав контакты с высоким сопротивлением. При 1000 В постоянного тока плохой контакт вызвал локальный нагрев и микродугу. В нескольких случаях плавился держатель предохранителя, и коробку сумматора приходилось выводить из строя для экстренного ремонта. Каждый инцидент стоил в среднем 4800 долларов США из-за потерь в производстве энергии, запасных частей и рабочей силы.

Предыдущие попытки повторно затянуть зажимы и нанести проводящую смазку не решили проблему. После второй аварии директор завода приказал полностью пересмотреть характеристики держателя предохранителя.

Почему оператор выбрал держатель предохранителя Soutya DC 1000 В?

Команда инженеров рассмотрела три альтернативы. Первым был стандартный держатель предохранителя на DIN-рейке, рассчитанный на 1000 В постоянного тока, но его зажимы были сделаны из медного сплава более низкого качества, который все равно корродировал в соленом воздухе пустыни. Второй вариант представлял собой фирменное решение, требующее замены всего блока сумматора, что превышало бюджет на обслуживание.

Третьим вариантом был держатель предохранителя Soutya постоянного тока на 1000 В. Решающими оказались три фактора:

• Явное номинальное напряжение 1000 В постоянного тока с проверенной отключающей способностью, соответствующей току короткого замыкания фотоэлектрической цепочки в условиях IEC 60269-1.
• Спиральные пружинные зажимы из нержавеющей стали и луженой меди предназначены для поддержания контактного давления в более широком диапазоне температур.
• Компактный корпус, который вписывается в существующую компоновку объединительного блока без необходимости замены проводки. Это снизило риск при установке и снизило затраты на рабочую силу.

Держатель предохранителя Soutya также имел матовый нейлоновый корпус, устойчивый к ультрафиолетовому излучению, что приводило к хрупким трещинам в старых устройствах. Менеджер по закупкам подтвердил, что Соутья предоставил трехлетнюю гарантию, основанную на фактических данных о постоянном напряжении и токе завода.

Как был установлен новый держатель предохранителя?

Модернизация проводилась поэтапно в течение четырех недель, во время технического обслуживания завода в конце зимы. Оперативная группа заменила 520 держателей предохранителей поэтапно, по одному блоку за раз, чтобы избежать масштабных отключений системы.

• Шаг 1: Техническая бригада станции обесточила одну коробку сумматора и проверила нулевое напряжение на клеммах цепочки.
• Шаг 2: Все существующие держатели предохранителей были удалены. Технические специалисты зафиксировали момент затяжки винтов клемм и проверили зажимы предохранителей на наличие признаков искрения.
• Шаг 3: Новые держатели предохранителей Soutya DC 1000 В были установлены с использованием существующей DIN-рейки и клеммных колодок. Усилие введения предохранителя было заметно выше, что снижало вероятность перекоса.
• Шаг 4: Перед повторным включением каждая цепь была проверена с помощью тестера сопротивления изоляции постоянного тока и индикатора состояния предохранителя.
• Шаг 5: Группа технического обслуживания провела тепловизионное обследование через неделю после того, как каждый блок сумматора был снова введен в эксплуатацию.

Единственной существенной трудностью было тесное пространство для сгибания проводов внутри коробок сумматора. Расположение клемм держателя предохранителя Soutya позволило легко проложить фотоэлектрические провода сечением 6 мм² без необходимости изгибов, поэтому проблема была решена за считанные часы.

Каких поддающихся количественному измерению результатов достиг оператор?

Через двенадцать месяцев после обновления оператор сравнил данные о производительности с показателями за два года до замены.

• Время простоя струны из-за поломки держателя предохранителя сократилось на 60%, в среднем с 14 часов в месяц до 5,5 часов.
• Стоимость замены держателя предохранителя снизилась на 45%, с 2800 долларов в квартал до 1540 долларов. Сюда включены детали, трудозатраты и время термического контроля.
• Количество незапланированных сервисных мероприятий по обслуживанию комбайнера сократилось с 8 до 2 в год. Ни один держатель предохранителя не сообщил о возникновении дуги или плавлении во время
• Среднее повышение температуры в точках контакта держателя предохранителя снизилось на 18°C, измеренное с помощью инфракрасной камеры.

Директор завода также отметил, что штраф за доступность со стороны оператора сети был сведен к нулю в трех последних ежемесячных отчетах о расчетах. На перегруженном рынке одно только это улучшение оправдало инвестиции в оборудование в размере 11 000 долларов.

Отзыв клиента: что сказал директор по техническому обслуживанию?

"Мы потеряли доверие к оригинальным держателям предохранителей после второй аварии. Держатель предохранителей Soutya DC 1000 В обеспечил нам надежное соединение, которое мы можем предсказать. Результаты тепловидения ясны, и моя команда может сосредоточиться на очистке и проверке крутящего момента вместо аварийной замены", - сказал директор по техническому обслуживанию завода.

Уроки и рекомендации для других операторов энергосистем постоянного тока

Для оперативных групп, управляющих цепями постоянного тока 1000 В в солнечных электростанциях, системах хранения или промышленных сетях постоянного тока, проект предложил три практических вывода.

1. Всегда проверяйте фактическое напряжение постоянного тока и ток повреждения цепи перед выбором держателя предохранителя. Держатель, рассчитанный на напряжение 600 В, в системе на 1000 В представляет опасность, независимо от того, насколько хорошо он закреплен механически.
2. Проверьте материал зажима предохранителя и конструкцию пружины. Высококачественное контактное давление является единственной и наиболее важной защитой от перегрева при высоких напряжениях постоянного тока.
3. При модернизации существующих объединительных коробок выбирайте держатель предохранителя, который монтируется на существующей рейке и не требует замены клеммных колодок. Держатель предохранителя Soutya работал точно в соответствии со своими техническими характеристиками, и проект был завершен с опережением графика.

Если бы заводу пришлось сделать это снова, единственным улучшением была бы замена держателей предохранителей раньше, во время первоначального ввода оборудования в эксплуатацию. Стоимость профилактики составила треть стоимости первых двух аварийных ремонтов.

Ссылки

[1] МЭК 60269-1. Низковольтные предохранители. Часть 1. Общие требования [S]. 2020.https://webstore.iec.ch/publication/62496

[2] Характеристики старения контактных электродов низковольтных переключателей постоянного тока [J]. Энергия, 2021, 14(20): 6838.https://doi.org/10.3390/en14206838