Jak solární EPC snižuje náklady na poruchu stejnosměrného oblouku o 35 % pomocí Soutya AFCI Combiner Box

Zákazník pozadí

Středně velká solární EPC společnost se sídlem ve Stuttgartu v Německu navrhuje a instaluje komerční střešní fotovoltaické systémy po celé Evropě. S portfoliem 80 MW v rámci dlouhodobých smluv O&M obsluhuje společnost výrobní závody, logistická centra a provozovatele chladírenských skladů. Každý projekt se pohybuje od 500 kW do 2 MW a společnost je zodpovědná za výstavbu i průběžnou údržbu.

O&M tým společnosti se zabýval zvyšujícím se počtem výpadků invertoru a tepelných událostí způsobených stejnosměrnými obloukovými poruchami. Hlavními viníky byly stárnoucí konektory, tření drátů a uvolněná zakončení v řetězcích. Jak se portfolio rozšiřovalo, náklady na reaktivní údržbu začaly snižovat ziskové marže.

Výzva: Nedetekované poruchy DC oblouku

Stejnosměrné obloukové poruchy jsou nebezpečné, protože přetrvávají, aniž by odebíraly dostatečný proud ke spuštění standardní pojistky nebo jističe. Do stávajících slučovacích skříní společnosti byly instalovány pouze pojistky stringů a přepěťové ochrany. Ty poskytovaly nadproudovou a přepěťovou ochranu, ale nedokázaly detekovat sériové obloukové poruchy, ke kterým dochází v poškozených kabelech nebo uvolněných spojích.

Následky byly hmatatelné. Během 12 měsíců před projektem tým reagoval na 14 chyb měniče, které byly vysledovány až k poškozeným konektorům. Každá cesta vyžadovala návštěvu místa, skenování termovizí a ruční kontrolu každého připojení v řetězci. Jedna relace odstraňování problémů trvala v průměru osm hodin. Kromě toho byly hlášeny dva případy téměř neúspěchu, kdy oblouk roztavil izolaci konektoru, způsobil kouř a riskoval požár. Odhadované náklady na takovou událost, pokud nebudou zachyceny, by mohly přesáhnout 50 000 USD v podobě poškození majetku a prostojů.

Proč Soutya DC AFCI Combiner Box?

Společnost vyhodnotila tři možnosti. První bylo přidání modulů AFCI na vstup střídače, ale to monitoruje pouze kombinovaný výstup všech řetězců a nedokáže identifikovat, který řetězec má poruchu. Druhou možností byla výměna všech kabelových konektorů za kvalitnější, které by neřešily budoucí degradaci. Třetí možností byl slučovací box Soutya DC AFCI s konfigurací 12 v 1.

Rozhodnutí přineslo tři klíčové výhody. Za prvé, slučovač Soutya poskytuje detekci poruch oblouku na řetězec. Každý z 12 vstupů je monitorován nezávisle, takže porucha je okamžitě lokalizována. Za druhé, jednotka integruje jak AFCI, tak nadproudovou ochranu v jednom krytu, což zjednodušuje instalaci a snižuje počet komponent ke kontrole. Za třetí, vyhovuje UL 1699B a podporuje designové požadavky IEC 62548, což dává EPC důvěru pro evropské i exportní trhy.

Proces implementace a aplikace

Projekt byl nasazen ve třech komerčních střešních polích, každé s 8 až 10 řetězci. Celý projekt od plánování po uvedení do provozu trval šest týdnů. Stávající slučovací boxy byly odstraněny a nahrazeny slučovacím boxem Soutya DC AFCI. Protože uspořádání 12 v 1 odpovídalo stávajícímu vedení řetězců, tým znovu použil většinu stejnosměrných kabelů, čímž ušetřil náklady na materiál a čas na instalaci.

Typickým problémem byla dodatečná montáž do stísněných prostor. Nová slučovací skříň má větší půdorys než jednoduchá jednotka pouze s pojistkou, takže montážní držáky bylo nutné upravit na jedné střeše. Tým to vyřešil použitím zadní desky z nerezové oceli a flexibilního potrubí, které dokončily modernizaci bez změny konstrukčního uspořádání.

Po instalaci tým připojil výstup Modbus RTU ke stávajícímu SCADA systému. Slučovač přenášel proud, napětí a poruchový stav jednotlivých řetězců do vzdáleného monitorovacího centra. Testy uvádění do provozu zahrnovaly simulovanou poruchu oblouku, kterou jednotka odstranila za méně než 0,5 sekundy, přičemž identifikovala přesný řetězec.

Kvantifikovatelné výsledky

• Snížení doby odstraňování problémů o 90 %:Průměrná doba odezvy na poruchu klesla z 8 hodin na 45 minut, protože AFCI box okamžitě identifikuje vadný řetězec.
• Snížené náklady na provoz a údržbu o 35 %:Tato tři místa nyní vyžadují méně nouzových volání. Roční úspory v celém portfoliu dosahují 18 000 USD.
• Snížení prostojů měniče o 60 %:Zabráněním trvalého jiskření, které by způsobovalo výpadky měniče, zaznamenala místa o 60 % méně neplánovaných odpojení.
• Předčasně byly zjištěny dvě obloukové poruchy:Během prvních 12 měsíců jednotka zachytila ​​dvě sériové obloukové poruchy v jejich počáteční fázi, čímž zabránila potenciálnímu požáru a škodám.

Celkový dopad přesáhl čísla. Tým O&M přešel od reaktivní opravy k proaktivní kontrole. Data shromážděná ze slučovače jim umožnila naplánovat výměny kabelů během plánovaných intervalů údržby než v případě nouze.

Posudek klienta

"Slučovač Soutya DC AFCI poskytl naší posádce možnost identifikovat vadný konektor dříve, než z něj vyhořel. Alarm na jeden řetězec a protokolování dat změnily způsob, jakým spravujeme naše fotovoltaické portfolio."

Lekce a doporučení

1. Umístěte detekci poruchy oblouku na úroveň řetězce. Detekce na úrovni měniče nedokáže lokalizovat závady a ponechává dlouhé stejnosměrné kabely nechráněné.
2. Kombinujte monitorování s ochranou. Slučovací box, který hlásí aktuální a stav jednotlivých řetězců, vytváří využitelná data pro prediktivní údržbu.
3. Rozpočet na školení. Příznaky poruchy oblouku se liší od nadproudových událostí a technici musí rozumět technologii, aby mohli reagovat.

Pokud by společnost provozovala tento projekt znovu, instalovali by krabice Soutya AFCI na všechny nové projekty od začátku, než by je provedli dodatečně. Standardizace konfigurace 12-v-1 by zjednodušila jejich inventář náhradních dílů a učinila vzdálenou diagnostiku konzistentnější na různých místech.

Reference

1. UL 1699B:2018 Fotovoltaické (PV) DC Arc-Fault Circuit Protection.Odkaz
2. IEC 62548:2016 Fotovoltaická (FV) pole – Požadavky na design.Odkaz
3. IEC 60364-7-712:2017 Nízkonapěťové elektrické instalace – Část 7-712: Solární FV napájecí systémy.Odkaz