Як комбінатор змінного струму 690 В 4 в 1 виході зменшує несправності сонячної електростанції на стороні змінного струму на 78%

Оператор сонячної енергії комерційного масштабу в Південній Європі керує 85 МВт наземних фотоелектричних установок на дванадцяти майданчиках. На кожній ділянці використовуються струнні інвертори високої потужності, які видають 690 В змінного струму. До модернізації підключення зі сторони змінного струму між чотирма інверторами та підвищуючим трансформатором було найбільш схильною до збоїв точкою всієї установки. Після модернізації об'єднувальної коробки Soutya 690V AC Combiner Box 4 In 1 Out оператор скоротив час простою через пошкодження на стороні змінного струму на 78% за шість місяців.

Якою була історія та робоча ситуація клієнта?

Компанія управляє декількома фотоелектричними установками потужністю від 5 МВт до 10 МВт, побудованими в період з 2017 по 2020 рік. На кожній установці групи з чотирьох інверторів подають 690 В змінного струму через окремі розподільні коробки та окремі розподільні пристрої перед входом у трансформатор середньої напруги.

Застаріла проводка та неінтегроване захисне обладнання стали проблемою надійності. Заводи були укомплектовані невеликою командою з експлуатації та технічного обслуговування, і середній час діагностики проблеми зі сторони змінного струму перевищував півдня. У зв’язку з тим, що регіон переходить на коротші вікна пільгових тарифів, власник потребує більшої доступності та нижчої вартості послуг за кіловат-годину.

Що саме зробило їхню електропроводку зі сторони змінного струму періодично вузьким місцем?

До модернізації вихід кожного інвертора подавався на звичайну розподільну коробку 690 В змінного струму, оснащену окремими вимикачами в литому корпусі, розрядниками перенапруги, що кріпляться болтами, і клемними колодками. Ці коробки не забезпечували рівного міжфазного інтервалу або адекватного розсіювання тепла. Несправності мали місце в трьох основних формах:

• Незакріплені клеми на фідерах 690 В викликали перегрів і періодичне відключення.
• Розрядники були встановлені без належної координації типу 2, тому спричинені блискавкою перехідні процеси двічі за один рік пошкодили інверторні каскади.
• Оскільки технічне обслуговування одного інвертора вимагало відкриття кожуха під напругою, робітникам довелося вимкнути всю групу з чотирьох інверторів, що призвело до втрат генерації приблизно в 920 доларів США на годину на установку.

Загальна річна вартість цих несправностей на стороні змінного струму, включно з ремонтними матеріалами, оплатою праці та втраченим доходом, становила 23 000 доларів США на об’єкт потужністю 10 МВт.

Чому варто вибрати об’єднувальну коробку Soutya 690V AC Combiner Box 4 In 1 Out?

Оператор розглянув три альтернативи: стандартні розподільні щити змінного струму від місцевого виробника панелей, комерційні роз’єднувачі з запобіжниками та коробку Soutya. Розробник панелі не зміг доставити розподільний щит змінного струму 690 В, який пройшов випробування захисту від перенапруг типу 2, які вимагаються IEC 61643-11. Роз'єднувачі з запобіжником не мали належної координації короткого замикання з трансформатором, що знаходиться нижче.

Комбінатор Soutya 690 В AC Combiner Box 4 In 1 Out точно відповідає існуючій електричній топології. Він об’єднує чотири входи 690 В змінного струму в один захищений вихід із чотирма вхідними автоматичними вимикачами та одним вихідним вимикачем. Інтегрований пристрій захисту від перенапруг відповідає стандарту IEC 61643-11, а схема корпусу передбачає окремі відсіки для кабелів і шин під напругою. Це зменшило необхідну площу більш ніж на 60% порівняно з попереднім розподільним пристроєм.

Як було розгорнуто рішення на кількох сайтах?

Проект встановлення проходив у три етапи протягом чотирьох місяців. Пілотною ділянкою команда обрала станцію з найбільшою кількістю несправностей.

Основними кроками були:

1. Знеструмлення сторони змінного струму однієї групи з чотирьох інверторів та видалення наявного корпусу.
2. Встановлено коробку Soutya на існуючу раму одностійкового кріплення біля трансформатора.
3. Під’єднайте чотири мідні кабелі 185 мм² від інверторів і один кабель 300 мм² до трансформатора.
4. Налаштуйте номінали вхідного вимикача відповідно до захисту вихідного сигналу інвертора та встановіть SPD на напругу системи змінного струму 690 В.
5. Введено в експлуатацію вихід моніторингу на RS485 та перевірено порогові значення спрацьовування відповідно до SCADA підприємства.

Типова складність полягала в тому, що наявні вихідні кабелі від чотирьох інверторів мали різну довжину та пролягали в різних лотках. Це викликало дещо незбалансований імпеданс лінії. Рішення полягало в тому, щоб встановити ланки вирівнювача шин і обрізати довжину кабелю в кожній групі; температура терміналу залишалася рівномірною після доби роботи з повним навантаженням.

Яких вимірних результатів досяг завод?

Через шість місяців після першого встановлення оператор порівняв пілотний сайт з його історичними показниками:

• Частота несправностей на стороні змінного струму знизилася з дванадцяти інцидентів на рік до менше трьох, тобто на 75%.
• Позаплановий простой через несправності 690 В змінного струму скоротився на 78%, що становить 11,5 додаткових годин роботи при повному навантаженні на групу інверторів на рік.
• Річна вартість відмови на стороні змінного струму, включаючи втрату виробництва, зменшилася з 21 000 доларів США до 5 500 доларів США за установку потужністю 10 МВт.
• Час встановлення для кожної групи інверторів скоротився з двох повних днів до чотирьох годин, заощаджуючи 1600 доларів США на робочих місцях.
• Ізоляція одного інвертора для обслуговування більше не вимагає відключення всієї групи; група залишається онлайн із заповненістю 75%.

Що каже керівник заводу?

Інженерний менеджер заводу оператора описав ефект: "Об’єднувальна коробка Soutya 690 В змінного струму усунула найгірші термічні збої та перенапруги, які ми мали при 690 вольтах. За дванадцять місяців ми не підтягнули один фідерний термінал, і ми можемо ізолювати один інвертор, не зупиняючи виробництво для всього блоку. Ця зміна окупила себе в цьому проекті".

Чого можуть навчитися інші промислові та сонячні оператори з цієї модернізації?

Цей випадок вказує на кілька уроків, не обмежуючись оригінальною рослиною.

• Захист на стороні змінного струму заслуговує такої ж суворості специфікацій, що й захист на стороні постійного струму. IEC 61643-11 Type-2 перевірені SPDs і IEC 62548 практики проектування масиву повинні бути відображені на виході змінного струму.
• Повна об’єднувальна коробка 4-в-1 скорочує час встановлення та пошук несправностей на модернізованих підприємствах, де фізичний простір є фіксованим.
• Перш ніж вибрати коробку, перевірте довжину кабелю, ізоляцію та прокладання лотків; рівний блокуючий імпеданс зменшить ризик гарячої точки.

Якщо оператор повторить проект, він замовить одну запасну коробку в початковій партії та виконає тепловізорне сканування під час введення в експлуатацію, оскільки ці сканування дозволять перевірити кінцеві термінали та відстежити їх. Відтоді компанія застосувала ту саму об’єднувальну коробку 690 В змінного струму на своїх старих установках потужністю 10 МВт і очікує такого ж покращення доступності для всього портфоліо потужністю 85 МВт.

Галузеві посилання:

• IEC 62548:2016 Фотоелектричні (PV) матриці. Вимоги до конструкції. (Джерело: https://webstore.iec.ch/publication/62548)
• IEC 61643-11:2011 Пристрої захисту від перенапруг низької напруги. Частина 11. УЗП, підключені до систем живлення низької напруги. (Джерело: https://webstore.iec.ch/publication/61643-11)