Jak fotovoltaická elektrárna zkrátí prostoje řetězce o 60 % pomocí držáku pojistek DC 1000 V

Zákazník pozadí

Fotovoltaická (FV) elektrárna o výkonu 45 MW umístěná ve vysokohorské pouštní oblasti zažívala opakující se poruchy stejnosměrných slučovačů. Zařízení, které provozuje nezávislý výrobce elektřiny obsluhující regionální rozvodnou síť, bylo v provozu šest let. Více než 1400 řetězcových okruhů napájených do 28 slučovacích boxů, z nichž každý přenáší až 1000 V DC ze solárních panelů do centrálních invertorů.

Provozní tým elektrárny čelil rostoucímu tlaku na snížení neplánovaných odstávek, protože místní provozovatel sítě zavedl přísnější sankce za dostupnost. Při letních teplotách přesahujících 45 °C bylo tepelné namáhání stejnosměrných komponentů vážné.

S jakými problémy se FVE potýkala před upgradem?

Původní držáky pojistek byly generické jednotky určené pouze pro 600 V DC. Byly poddimenzované pro 1000V konfiguraci řetězce závodu. Během 18 měsíců zaznamenal operační tým 23 poruch držáků pojistek v 11 slučovacích skříních.

Symptomy byly konzistentní: spony držáku pojistek ztratily po opakovaném tepelném cyklování napětí pružiny a vytvořily kontakty s vysokým odporem. Při 1000 V DC způsobilo špatné připojení lokalizované zahřívání a mikrooblouky. V několika případech se držák pojistky roztavil a slučovací skříň musela být odpojena z důvodu nouzové opravy. Každý incident stál v průměru 4 800 USD ve ztrátě výroby energie, náhradních dílů a práce.

Předchozí pokusy o opětovné utažení spon a nanesení vodivého maziva problém nevyřešily. Po druhém roztavení nařídil vedoucí závodu kompletní přezkoumání specifikací držáku pojistek.

Proč si operátor vybral držák pojistek Soutya DC 1000V?

Inženýrský tým vyhodnotil tři alternativy. První byl standardní držák pojistky na DIN lištu dimenzovaný na 1000 V DC, ale jeho svorky byly vyrobeny z méně kvalitní slitiny mědi, která by ve slaném pouštním vzduchu stále korodovala. Druhou možností bylo proprietární řešení, které vyžadovalo výměnu celé slučovací skříně, což přesáhlo rozpočet na údržbu.

Třetí možností byl držák pojistek Soutya DC 1000V. Rozhodující byly tři faktory:

• Explicitní jmenovité napětí 1000 V DC s testovanou vypínací schopností, která odpovídá zkratovému proudu PV stringu podle podmínek IEC 60269-1.
• Šroubové pružinové spony vyrobené z nerezové oceli a pocínované mědi, navržené pro udržení kontaktního tlaku v širším teplotním rozsahu.
• Kompaktní tělo, které zapadá do stávajícího uspořádání skříně slučovače bez přepojování. To snížilo riziko instalace a udrželo nízké mzdové náklady.

Držák pojistky Soutya byl také dodáván s matným nylonovým pouzdrem, které odolalo degradaci ultrafialovým zářením, což je problém, který způsobil křehké praskliny ve starých jednotkách. Manažer nákupu potvrdil, že Soutya poskytl tříletou záruku na základě skutečných údajů o stejnosměrném napětí a proudu z elektrárny.

Jak byl nasazen nový držák pojistek?

Modernizace byla rozfázována během čtyř týdnů, během období údržby elektrárny koncem zimy. Provozní tým postupně vyměnil 520 držáků pojistek, vždy po jedné slučovací skříni, aby se zabránilo rozsáhlým odstávkám systému.

• Krok 1: Pracovníci údržby elektrárny odpojili napájení jedné slučovací skříně a ověřili nulové napětí na svorkách řetězce.
• Krok 2: Byl odstraněn každý stávající držák pojistky. Technici zdokumentovali utahovací moment na šroubech svorek a zkontrolovali, zda pojistkové spony nevykazují známky jiskření.
• Krok 3: Nové držáky pojistek Soutya DC 1000V byly namontovány pomocí stávající lišty DIN a svorkovnic. Síla vložení pojistky byla znatelně vyšší, což snížilo pravděpodobnost vychýlení.
• Krok 4: Každý obvod byl před opětovným zapnutím otestován stejnosměrným testerem izolačního odporu a indikátorem stavu pojistky.
• Krok 5: Tým údržby provedl termovizní průzkum týden poté, co byla každá slučovací skříň opět v provozu.

Jedinou významnou obtíží byl těsný prostor pro ohýbání drátu uvnitř slučovacích boxů. Orientace svorek držáku pojistky Soutya usnadnila vedení 6 mm² PV vodičů bez nucených ohybů, takže problém byl vyřešen během několika hodin.

Jakých kvantifikovatelných výsledků operátor dosáhl?

Dvanáct měsíců po modernizaci operátor porovnal údaje o výkonu s dvěma roky před výměnou.

• Prostoje řetězce kvůli poruchám držáku pojistek klesly o 60 %, z průměrných 14 hodin za měsíc na 5,5 hodiny.
• Náklady na výměnu držáku pojistek klesly o 45 %, z 2 800 USD za čtvrtletí na 1 540 USD. To zahrnovalo díly, práci a čas tepelné kontroly.
• Neplánované servisní události slučovače poklesly z 8 na 2 ročně. Žádný držák pojistky nehlásil jiskření nebo roztavení během provozu
• Průměrný nárůst teploty v kontaktních bodech držáku pojistky klesl o 18 °C, měřeno infračervenou kamerou.

Ředitel závodu také poznamenal, že pokuta za dostupnost od provozovatele sítě byla ve třech posledních měsíčních zprávách o vypořádání snížena na nulu. Na namáhaném trhu jen toto zlepšení ospravedlnilo investici do hardwaru ve výši 11 000 USD.

Ohlas klienta: Co řekl ředitel údržby?

"Po druhém roztavení jsme ztratili důvěru v původní držáky pojistek. Držák pojistek Soutya DC 1000V nám poskytl spolehlivé spojení, které můžeme předvídat. Výsledky termovizí jsou jasné a můj tým se může místo nouzových výměn zaměřit na čištění a kontroly točivého momentu," řekl ředitel údržby závodu.

Poučení a doporučení pro ostatní provozovatele stejnosměrných energetických systémů

Provozním týmům spravujícím 1000V DC obvody v solárních elektrárnách, akumulačních systémech nebo průmyslových DC sítích projekt nabídl tři praktické poznatky.

1. Před výběrem držáku pojistky vždy ověřte skutečné stejnosměrné napětí a poruchový proud obvodu. Držák s jmenovitým napětím 600 V v systému 1000 V je nebezpečný, bez ohledu na to, jak dobře mechanicky sedí.
2. Zkontrolujte materiál pojistkové spony a konstrukci pružiny. Vysoce kvalitní kontaktní tlak je nejdůležitější obranou proti přehřátí při vysokých stejnosměrných napětích.
3. Při dodatečné montáži stávajících slučovacích skříní zvolte držák pojistek, který se montuje na stávající kolejnici a nevyžaduje výměnu svorkovnic. Držák pojistky Soutya fungoval přesně podle své specifikace a projekt byl dokončen s předstihem.

Pokud by to závod udělal znovu, jediným zlepšením by byla výměna držáků pojistek dříve, během prvního uvedení zařízení do provozu. Náklady na prevenci činily třetinu nákladů na první dvě havarijní opravy.

Reference

[1] IEC 60269-1. Nízkonapěťové pojistky - Část 1: Všeobecné požadavky [S]. 2020.https://webstore.iec.ch/publication/62496

[2] Charakteristika stárnutí kontaktních elektrod nízkonapěťových stejnosměrných spínačů [J]. Energie, 2021, 14(20): 6838.https://doi.org/10.3390/cs14206838