Hvordan et PV-anlegg kuttet strengnedetid med 60 % med en DC 1000V sikringsholder

Kundebakgrunn

Et 45 MW fotovoltaisk (PV) anlegg lokalisert i en ørkenregion i stor høyde opplevde gjentatte feil i DC-kombinasjonsboksene. Anlegget, drevet av en uavhengig kraftprodusent som betjener et regionalt kraftnett, hadde vært i drift i seks år. Mer enn 1400 strengkretser matet inn i 28 kombinasjonsbokser, som hver bærer opptil 1000V DC fra solcellepaneler til sentrale omformere.

Anleggets driftsteam møtte økende press for å redusere uplanlagt nedetid da den lokale nettoperatøren innførte strengere tilgjengelighetsstraff. Med sommertemperaturer over 45°C var den termiske spenningen på DC-komponenter alvorlig.

Hvilke problemer møtte PV-anlegget før oppgraderingen?

De originale sikringsholderne var generiske enheter vurdert kun for 600V DC. De var underdimensjonerte for anleggets 1000V strengkonfigurasjon. I løpet av 18 måneder registrerte driftsteamet 23 sikringsholderfeil på 11 kombinasjonsbokser.

Symptomene var konsekvente: sikringsholderklipsene mistet fjærspenningen etter gjentatt termisk sykling, og skapte kontakter med høy motstand. Ved 1000V DC forårsaket en dårlig tilkobling lokal oppvarming og mikrobuedannelse. I flere tilfeller smeltet sikringsholderen, og kombineringsboksen måtte tas offline for nødreparasjon. Hver hendelse kostet i gjennomsnitt 4800 dollar i tapt energiproduksjon, reservedeler og arbeidskraft.

Tidligere forsøk på å stramme klipsene og påføre ledende fett løste ikke problemet. Etter en ny nedsmelting beordret anleggslederen en fullstendig gjennomgang av sikringsholderens spesifikasjoner.

Hvorfor valgte operatøren Soutya DC 1000V sikringsholder?

Ingeniørteamet evaluerte tre alternativer. Den første var en standard DIN-skinne sikringsholder vurdert for 1000V DC, men klipsene var laget av en kobberlegering av lavere kvalitet som fortsatt ville korrodere i den salte ørkenluften. Det andre alternativet var en proprietær løsning som krevde å bytte hele kombineringsboksen, noe som overskred vedlikeholdsbudsjettet.

Det tredje alternativet var Soutya DC 1000V sikringsholder. Tre faktorer var avgjørende:

• Eksplisitt 1000V DC-klassifisering med en testet brytekapasitet som matchet PV-strengens kortslutningsstrøm under IEC 60269-1-forhold.
• Spiralformede fjærklemmer laget av rustfritt stål og tinnbelagt kobber, designet for å opprettholde kontakttrykk over et bredere temperaturområde.
• En kompakt kropp som passer inn i den eksisterende kombineringsboksens layout uten omkabling. Dette reduserte installasjonsrisikoen og holdt arbeidskostnadene lave.

Soutya-sikringsholderen kom også med et matt nylonhus som motsto ultrafiolett nedbrytning, et problem som hadde forårsaket sprø sprekker i de gamle enhetene. Innkjøpssjefen bekreftet at Soutya ga tre års garanti basert på faktisk likespenning og strømdata fra anlegget.

Hvordan ble den nye sikringsholderen utplassert?

Oppgraderingen ble faset over fire uker, i løpet av anleggets senvintervedlikeholdsvindu. Driftsteamet byttet ut 520 sikringsholdere i etapper, en kombinasjonsboks om gangen, for å unngå omfattende systemstans.

• Trinn 1: Anleggets vedlikeholdsmannskap deaktiverte en kombinasjonsboks og bekreftet nullspenning ved strengterminalene.
• Trinn 2: Hver eksisterende sikringsholder ble fjernet. Teknikere dokumenterte momentet på terminalskruene og sjekket sikringsklipsene for tegn til lysbue.
• Trinn 3: De nye Soutya DC 1000V sikringsholderne ble montert ved hjelp av eksisterende DIN-skinne og rekkeklemmer. Sikringsinnsettingskraften var merkbart høyere, noe som reduserte sannsynligheten for feiljustering.
• Trinn 4: Hver krets ble testet med en DC-isolasjonsmotstandstester og en sikringstilstandsindikator før gjeninnkobling.
• Trinn 5: Vedlikeholdsteamet utførte en termisk bildeundersøkelse en uke etter at hver kombineringsboks var tilbake i bruk.

Den eneste betydelige vanskeligheten var den tette trådbøyningsplassen inne i kombineringsboksene. Soutya-sikringsholderens terminalorientering gjorde det enkelt å trekke 6 mm² PV-ledninger uten å tvinge bøyninger, så problemet ble løst i løpet av få timer.

Hvilke kvantifiserbare resultater oppnådde operatøren?

Tolv måneder etter oppgraderingen sammenlignet operatøren ytelsesdataene med de to årene før utskiftingen.

• Strengnedetid på grunn av feil på sikringsholderen falt med 60 %, fra gjennomsnittlig 14 timer per måned til 5,5 timer.
• Byttekostnaden for sikringsholderen falt med 45 %, fra $2800 per kvartal til $1540. Dette inkluderte deler, arbeid og termisk inspeksjonstid.
• Uplanlagte kombinasjonsboks-tjenestehendelser gikk ned fra 8 til 2 per år. Ingen sikringsholder rapporterte om lysbue eller smelting under
• Gjennomsnittlig temperaturøkning ved sikringsholderens kontaktpunkter falt med 18°C, målt med et infrarødt kamera.

Anleggssjefen bemerket også at tilgjengelighetsstraffen fra nettoperatøren ble redusert til null i de tre siste månedsoppgjørsrapportene. I et stresset marked rettferdiggjorde den forbedringen alene investeringen på 11 000 dollar i maskinvare.

Kundeanbefaling: Hva sa vedlikeholdsdirektøren?

"Vi mistet tilliten til de originale sikringsholderne etter den andre nedsmeltingen. Soutya DC 1000V sikringsholderen har gitt oss en pålitelig tilkobling som vi kan forutsi. Termobilderesultatene er klare, og teamet mitt kan fokusere på rengjøring og momentkontroller i stedet for nødutskiftninger," sa anleggets vedlikeholdsdirektør.

Leksjoner og anbefalinger for andre DC-kraftsystemoperatører

For driftsteam som administrerer 1000V DC-kretser i solcelleanlegg, lagringssystemer eller industrielle DC-nettverk, tilbød prosjektet tre praktiske takeaways.

1. Kontroller alltid den faktiske likespenningen og feilstrømmen til kretsen før du velger en sikringsholder. En 600V-klassifisert holder i et 1000V-system er en fare, uavhengig av hvor godt den passer mekanisk.
2. Sjekk sikringsklemmens materiale og fjærdesign. Kontakttrykk av høy kvalitet er det viktigste forsvaret mot overoppheting ved høye likespenninger.
3. Ved ettermontering av eksisterende kombibokser, velg en sikringsholder som monteres på eksisterende skinne og ikke krever utskifting av rekkeklemmer. Soutya-sikringsholderen presterte nøyaktig etter spesifikasjonene, og prosjektet fullførte før tidsplanen.

Hvis anlegget skulle gjøre dette igjen, ville den ene forbedringen være å bytte ut sikringsholderne tidligere, under den første idriftsettelse av utstyret. Forebyggingskostnadene var en tredjedel av kostnadene ved de to første nødreparasjonene.

Referanser

[1] IEC 60269-1. Lavspenningssikringer - Del 1: Generelle krav [S]. 2020.https://webstore.iec.ch/publication/62496

[2] Aldringskarakteristikker for kontaktelektroder til lavspent likestrømsbrytere [J]. Energies, 2021, 14(20): 6838.https://doi.org/10.3390/en14206838