กล่อง Combiner AC 690V 4 ใน 1 ออกตัดข้อผิดพลาดด้าน AC ของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ได้ 78% อย่างไร

ผู้ประกอบการสินทรัพย์พลังงานแสงอาทิตย์เชิงพาณิชย์ในยุโรปตอนใต้จัดการกำลังการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์แบบติดตั้งภาคพื้นดินขนาด 85 เมกะวัตต์ในไซต์งานทั้งสิบสองแห่ง แต่ละไซต์งานใช้อินเวอร์เตอร์สตริงกำลังสูงที่ให้เอาต์พุต 690 V AC ก่อนการอัพเกรด การเชื่อมต่อด้านไฟฟ้ากระแสสลับระหว่างอินเวอร์เตอร์สี่ตัวกับหม้อแปลงแบบสเต็ปอัพเป็นจุดที่เสี่ยงต่อความล้มเหลวมากที่สุดในโรงงานทั้งหมด หลังจากติดตั้งเพิ่มเติมด้วย Soutya 690V AC Combiner Box 4 In 1 Out ผู้ปฏิบัติงานสามารถลดเวลาการหยุดทำงานของระบบไฟฟ้ากระแสสลับลงได้ 78% ในหกเดือน

ภูมิหลังและสถานการณ์การดำเนินงานของลูกค้าเป็นอย่างไร

บริษัทดำเนินการโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ขนาด 5 MW ถึง 10 MW หลายแห่งที่สร้างขึ้นระหว่างปี 2560 ถึง 2563 ในแต่ละโรงงาน กลุ่มอินเวอร์เตอร์ 4 ตัวจะส่งกระแสไฟ AC 690 V ผ่านกล่องรวมสัญญาณแยกกันและสวิตช์เกียร์แต่ละตัวก่อนเข้าสู่หม้อแปลงไฟฟ้าแรงดันปานกลาง

การเดินสายไฟและอุปกรณ์ป้องกันที่ไม่ได้รวมเข้าด้วยกันกลายเป็นปัญหาด้านความน่าเชื่อถือ โรงงานต่างๆ ได้รับการดูแลโดยทีมงาน O&M กลุ่มเล็กๆ และเวลาเฉลี่ยในการวินิจฉัยปัญหาด้าน AC นั้นเกินครึ่งวัน เมื่อภูมิภาคเปลี่ยนไปใช้กรอบเวลาป้อนเข้าภาษีที่สั้นลง เจ้าของจึงต้องการความพร้อมใช้งานที่สูงขึ้นและต้นทุนการบริการต่อกิโลวัตต์ชั่วโมงที่ลดลง

อะไรทำให้การเดินสายด้าน AC ของพวกเขากลายเป็นคอขวดที่เกิดขึ้นซ้ำๆ

ก่อนการปรับปรุงใหม่ เอาท์พุตอินเวอร์เตอร์แต่ละตัวจะวิ่งไปยังกล่องรวมสัญญาณ 690 V AC ทั่วไปที่ติดตั้งเบรกเกอร์แบบหล่อแยกกัน อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแบบสลักเกลียว และแผงขั้วต่อ กล่องเหล่านี้ไม่ได้ให้ระยะห่างเฟสเท่ากันหรือการกระจายความร้อนที่เพียงพอ ข้อผิดพลาดเกิดขึ้นใน 3 รูปแบบหลัก:

• ขั้วต่อที่หลวมบนตัวป้อน 690 V ทำให้เกิดความร้อนสูงเกินและการสะดุดเป็นระยะๆ
• อุปกรณ์ป้องกันถูกติดตั้งโดยไม่มีการประสานงานประเภท 2 ที่เหมาะสม ดังนั้นภาวะชั่วคราวที่เกิดจากฟ้าผ่าจึงทำให้ระดับกำลังของอินเวอร์เตอร์เสียหายสองครั้งในหนึ่งปี
• เนื่องจากการบำรุงรักษาอินเวอร์เตอร์ตัวเดียวจำเป็นต้องเปิดตู้ที่มีกระแสไฟฟ้า พนักงานจึงต้องปิดกลุ่มอินเวอร์เตอร์ทั้งสี่กลุ่ม ส่งผลให้สูญเสียการผลิตประมาณ 920 ดอลลาร์ต่อชั่วโมงต่อโรงงาน

ค่าใช้จ่ายรวมต่อปีของความล้มเหลวด้าน AC ซึ่งรวมถึงวัสดุซ่อมแซม แรงงาน และรายได้ที่สูญเสีย อยู่ที่ 23,000 ดอลลาร์ต่อไซต์งาน 10 เมกะวัตต์

เหตุใดจึงเลือก Soutya 690V AC Combiner Box 4 In 1 Out

ผู้ปฏิบัติงานได้ตรวจสอบทางเลือกสามทาง: แผงจ่ายไฟ AC มาตรฐานจากผู้สร้างแผงในพื้นที่ การตัดการเชื่อมต่อแบบฟิวส์เชิงพาณิชย์ และกล่อง Soutya ผู้ผลิตแผงควบคุมไม่สามารถส่งสวิตช์บอร์ด 690 V AC ที่ผ่านการทดสอบการป้องกันไฟกระชากประเภท 2 ที่กำหนดโดย IEC 61643-11 การตัดการเชื่อมต่อแบบหลอมขาดการประสานงานการลัดวงจรที่เหมาะสมกับหม้อแปลงดาวน์สตรีม

Soutya 690V AC Combiner Box 4 In 1 Out ตรงกับโทโพโลยีทางไฟฟ้าที่มีอยู่ทุกประการ โดยจะรวมอินพุต 690 V AC สี่อินพุตเข้ากับเอาต์พุตที่มีการป้องกันเพียงตัวเดียว พร้อมด้วยเซอร์กิตเบรกเกอร์อินพุตสี่ตัวและเบรกเกอร์เอาต์พุตตัวเดียว อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากในตัวได้รับการจัดอันดับตามมาตรฐาน IEC 61643-11 และโครงร่างของกล่องหุ้มมีช่องแยกต่างหากสำหรับการเดินสายเคเบิลและบัสบาร์ที่ใช้งานอยู่ ซึ่งช่วยลดพื้นที่ที่ต้องการลงได้มากกว่า 60% เมื่อเทียบกับสวิตช์เกียร์รุ่นก่อน

โซลูชันถูกนำไปใช้งานในหลายไซต์อย่างไร

โครงการติดตั้งดำเนินไปในสามระยะในช่วงสี่เดือน ทีมงานได้เลือกโรงงานที่มีประวัติข้อผิดพลาดสูงสุดเป็นพื้นที่นำร่อง

ขั้นตอนหลักคือ:

1. ยกเลิกการจ่ายไฟด้าน AC ของกลุ่มอินเวอร์เตอร์ 4 ตัวหนึ่งกลุ่ม และถอดกล่องหุ้มที่มีอยู่ออก
2. ติดตั้งกล่อง Soutya บนโครง Unistrut ที่มีอยู่ใกล้กับหม้อแปลงไฟฟ้า
3. เชื่อมต่อสายเคเบิลทองแดงขนาด 185 มม.² สี่เส้นจากอินเวอร์เตอร์ และสายเคเบิลขนาด 300 มม.² หนึ่งเส้นไปยังหม้อแปลง
4. กำหนดค่าพิกัดเบรกเกอร์อินพุตเพื่อให้ตรงกับการป้องกันเอาต์พุตของอินเวอร์เตอร์ และตั้งค่า SPD เป็นแรงดันไฟฟ้าของระบบ AC 690 V
5. มอบหมายให้เอาต์พุตการตรวจสอบเป็น RS485 และตรวจสอบเกณฑ์การเดินทางกับ SCADA ของโรงงาน

ปัญหาทั่วไปคือสายเคเบิลเอาท์พุตที่มีอยู่จากอินเวอร์เตอร์ทั้งสี่ตัวมีความยาวต่างกันและวางในเส้นทางถาดต่างกัน นั่นทำให้เกิดอิมพีแดนซ์ของเส้นที่ไม่สมดุลเล็กน้อย วิธีแก้ไขคือติดตั้งลิงก์อีควอไลเซอร์บัสบาร์และตัดความยาวสายเคเบิลภายในแต่ละกลุ่ม อุณหภูมิเทอร์มินัลจะคงที่หลังจากใช้งานเต็มพิกัดมาหนึ่งวัน

โรงงานบรรลุผลที่สามารถวัดผลได้อะไรบ้าง?

หกเดือนหลังจากการติดตั้งครั้งแรก ผู้ปฏิบัติงานได้เปรียบเทียบไซต์นำร่องกับประสิทธิภาพในอดีต:

• ความถี่ข้อผิดพลาดด้าน AC ลดลงจาก 12 เหตุการณ์ต่อปีเหลือต่ำกว่า 3 ครั้ง ซึ่งลดลง 75%
• เวลาหยุดทำงานที่ไม่ได้กำหนดไว้จากข้อผิดพลาด 690 V AC ลดลง 78% คิดเป็นชั่วโมงการทำงานเต็มโหลดเพิ่มเติม 11.5 ชั่วโมงต่อกลุ่มอินเวอร์เตอร์ต่อปี
• ต้นทุนประจำปีของความล้มเหลวด้าน AC ซึ่งรวมถึงการสูญเสียการผลิต ลดลงจาก 21,000 ดอลลาร์เป็น 5,500 ดอลลาร์ต่อโรงงาน 10 เมกะวัตต์
• เวลาในการติดตั้งสำหรับกลุ่มอินเวอร์เตอร์แต่ละกลุ่มลดลงจากสองวันเต็มเหลือสี่ชั่วโมง ซึ่งช่วยประหยัดค่าแรงได้ 1,600 ดอลลาร์สหรัฐฯ ต่อไซต์งาน
• การแยกอินเวอร์เตอร์ตัวเดียวเพื่อการบำรุงรักษาไม่จำเป็นต้องปิดทั้งกลุ่มอีกต่อไป กลุ่มยังคงออนไลน์อยู่ที่ความจุ 75%

ผู้จัดการโรงงานพูดว่าอย่างไร?

ผู้จัดการฝ่ายวิศวกรรมโรงงานของผู้ปฏิบัติงานบรรยายถึงผลกระทบดังกล่าว: “กล่อง Combiner ของ Soutya 690V AC ขจัดความล้มเหลวด้านความร้อนและไฟกระชากที่เลวร้ายที่สุดที่เรามีที่ 690 โวลต์ ในรอบ 12 เดือน เราไม่ได้ขันขั้วต่อตัวป้อนใหม่เพียงตัวเดียวและเราสามารถแยกอินเวอร์เตอร์ตัวเดียวโดยไม่ต้องหยุดการผลิตสำหรับทั้งบล็อก การเปลี่ยนแปลงนั้นให้ผลตอบแทนในโปรเจ็กต์นี้เอง”

ผู้ปฏิบัติงานในอุตสาหกรรมและพลังงานแสงอาทิตย์รายอื่นสามารถเรียนรู้อะไรจากชุดติดตั้งเพิ่มเติมนี้

กรณีนี้ชี้ให้เห็นบทเรียนหลายประการ ไม่จำกัดเฉพาะโรงงานดั้งเดิม

• การป้องกันด้าน AC สมควรได้รับข้อกำหนดที่เข้มงวดเช่นเดียวกับการป้องกันสตริงด้าน DC IEC 61643-11 Type-2 ที่ทดสอบ SPD และแนวทางปฏิบัติในการออกแบบอาร์เรย์ IEC 62548 ควรสะท้อนบนเอาต์พุต AC
• กล่องรวมแบบ 4-in-1-out ที่สมบูรณ์ช่วยลดแรงงานในการติดตั้งและเวลาในการค้นหาข้อผิดพลาดในโรงงานปรับปรุงที่มีพื้นที่ทางกายภาพได้รับการแก้ไข
• ก่อนที่จะเลือกกล่อง ให้ตรวจสอบความยาวสายเคเบิล ฉนวน และเส้นทางของถาด ความต้านทานการบล็อกที่เท่ากันจะช่วยลดความเสี่ยงของฮอตสปอต

หากผู้ปฏิบัติงานทำโครงการซ้ำ ผู้ปฏิบัติงานจะสั่งซื้อกล่องสำรองหนึ่งกล่องในชุดเริ่มต้น และทำการสแกนด้วยภาพความร้อนระหว่างการทดสอบการใช้งาน เนื่องจากการสแกนเหล่านั้นทำให้หน้าจอเทอร์มินัลสุดท้ายได้รับการตรวจสอบและตรวจสอบย้อนกลับได้ นับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา บริษัทได้ใช้กล่อง Combiner AC 690V แบบเดียวกันกับโรงงานขนาด 10 MW รุ่นเก่าของบริษัท และคาดว่าจะมีการปรับปรุงความพร้อมใช้งานแบบเดียวกันในกลุ่มผลิตภัณฑ์ทั้งหมด 85 MW

ข้อมูลอ้างอิงทางอุตสาหกรรม:

• IEC 62548:2016 อาร์เรย์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ (PV) - ข้อกำหนดการออกแบบ (ที่มา: https://webstore.iec.ch/publication/62548)
• IEC 61643-11:2011 อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันต่ำ - ส่วนที่ 11: SPD ที่เชื่อมต่อกับระบบไฟฟ้าแรงดันต่ำ (ที่มา: https://webstore.iec.ch/publication/61643-11)