Làm thế nào Hộp kết hợp AC 690V 4 trong 1 cắt giảm 78% lỗi phía AC của nhà máy năng lượng mặt trời

Một nhà điều hành tài sản năng lượng mặt trời quy mô thương mại ở Nam Âu quản lý 85 MW công suất quang điện mặt đất trên 12 địa điểm. Mỗi địa điểm sử dụng bộ biến tần chuỗi công suất cao tạo ra điện áp xoay chiều 690 V. Trước khi nâng cấp, kết nối phía AC giữa bốn bộ biến tần và máy biến áp tăng áp là điểm dễ xảy ra sự cố nhất trong toàn bộ nhà máy. Sau khi trang bị thêm Hộp kết hợp AC Soutya 690V 4 trong 1 ra, nhà điều hành đã cắt giảm 78% thời gian ngừng hoạt động do lỗi phía AC trong sáu tháng.

Nền tảng và tình hình hoạt động của khách hàng là gì?

Công ty vận hành một số nhà máy PV công suất 5 MW đến 10 MW được xây dựng từ năm 2017 đến năm 2020. Trong mỗi nhà máy, nhóm bốn bộ biến tần cung cấp điện áp xoay chiều 690 V thông qua các hộp nối riêng biệt và thiết bị chuyển mạch riêng trước khi đưa vào máy biến áp trung thế.

Hệ thống dây điện cũ và thiết bị bảo vệ không tích hợp đã trở thành một vấn đề về độ tin cậy. Các nhà máy được bố trí một nhóm O&M nhỏ và thời gian trung bình để chẩn đoán sự cố phía AC vượt quá nửa ngày. Với việc khu vực đang chuyển sang thời gian cung cấp giá điện ngắn hơn, chủ sở hữu cần mức độ sẵn có cao hơn và chi phí dịch vụ trên mỗi kilowatt giờ thấp hơn.

Chính xác thì điều gì đã khiến hệ thống dây điện phía AC của họ trở thành nút thắt cổ chai thường xuyên?

Trước khi trang bị thêm, mỗi đầu ra biến tần chạy đến một hộp nối AC 690 V chung được trang bị cầu dao vỏ đúc riêng biệt, bộ chống sét bắt bu-lông và khối đầu cuối. Những hộp này không cung cấp khoảng cách pha bằng nhau hoặc tản nhiệt đầy đủ. Lỗi xảy ra ở ba dạng chính:

• Các đầu nối lỏng lẻo trên bộ cấp nguồn 690 V gây ra hiện tượng quá nhiệt và ngắt quãng.
• Các thiết bị chống sét được lắp đặt mà không có sự phối hợp thích hợp loại 2, do đó, các quá độ do sét gây ra đã làm hỏng các tầng cấp nguồn của biến tần hai lần trong một năm.
• Bởi vì việc bảo trì trên một biến tần đòi hỏi phải mở tủ điện, công nhân phải tắt toàn bộ nhóm bốn biến tần, gây ra tổn thất phát điện khoảng 920 USD/giờ cho mỗi nhà máy.

Tổng chi phí hàng năm cho những sự cố phía AC này—bao gồm vật liệu sửa chữa, nhân công và doanh thu bị mất—là 23.000 USD cho mỗi địa điểm 10 MW.

Tại sao nên chọn Bộ nguồn AC Soutya 690V Hộp 4 Trong 1 Ra?

Nhà điều hành đã xem xét ba lựa chọn thay thế: bảng phân phối AC tiêu chuẩn từ nhà sản xuất bảng điều khiển địa phương, cầu chì ngắt kết nối thương mại và hộp Soutya. Nhà chế tạo bảng điều khiển không thể cung cấp một tổng đài AC 690 V đã vượt qua các thử nghiệm chống đột biến Loại 2 theo yêu cầu của IEC 61643-11. Cầu chì ngắt kết nối thiếu sự phối hợp ngắn mạch thích hợp với máy biến áp hạ lưu.

Hộp kết hợp AC Soutya 690V 4 trong 1 Out khớp chính xác với cấu trúc liên kết điện hiện có. Nó kết hợp bốn đầu vào AC 690 V thành một đầu ra được bảo vệ với bốn bộ ngắt mạch đầu vào và một bộ ngắt đầu ra duy nhất. Thiết bị chống sét lan truyền tích hợp được đánh giá theo tiêu chuẩn IEC 61643-11 và cách bố trí vỏ bọc cung cấp các ngăn riêng biệt cho hệ thống cáp và thanh cái mang điện. Điều này giúp giảm hơn 60% diện tích cần thiết so với thiết bị đóng cắt trước đó.

Giải pháp được triển khai trên nhiều địa điểm như thế nào?

Dự án lắp đặt được thực hiện theo ba giai đoạn trong bốn tháng. Nhóm đã chọn nhà máy có lịch sử lỗi cao nhất làm địa điểm thí điểm.

Các bước chính là:

1. Ngắt điện phía AC của một nhóm bốn biến tần và loại bỏ vỏ bọc hiện có.
2. Đã gắn hộp Soutya trên khung chưa có sẵn gần máy biến áp.
3. Ngắt bốn cáp đồng 185 mm2 từ bộ biến tần và một cáp 300 mm2 đến máy biến áp.
4. Đã định cấu hình xếp hạng bộ ngắt đầu vào để phù hợp với bảo vệ đầu ra của biến tần và đặt SPD ở điện áp hệ thống AC 690 V.
5. Đưa đầu ra giám sát vào RS485 và kiểm tra ngưỡng ngắt đối với SCADA của nhà máy.

Một khó khăn điển hình là cáp đầu ra hiện có của bốn bộ biến tần có độ dài khác nhau và nằm ở các tuyến khay khác nhau. Điều đó gây ra trở kháng đường dây hơi mất cân bằng. Giải pháp là lắp đặt các liên kết bộ cân bằng thanh cái và cắt bớt độ dài cáp trong mỗi nhóm; nhiệt độ thiết bị đầu cuối vẫn ổn định sau một ngày hoạt động đầy tải.

Nhà máy đã đạt được những kết quả có thể đo lường được nào?

Sáu tháng sau lần lắp đặt đầu tiên, nhà điều hành đã so sánh địa điểm thí điểm với hiệu suất trước đây của nó:

• Tần suất lỗi phía AC giảm từ 12 sự cố mỗi năm xuống dưới 3 sự cố, giảm 75%.
• Thời gian ngừng hoạt động đột xuất do lỗi điện áp xoay chiều 690 V giảm 78%, tăng thêm 11,5 giờ vận hành đầy tải cho mỗi nhóm biến tần mỗi năm.
• Chi phí hàng năm do sự cố phía AC, bao gồm cả tổn thất sản xuất, giảm từ 21.000 USD xuống 5.500 USD cho mỗi nhà máy 10 MW.
• Thời gian lắp đặt cho mỗi nhóm biến tần giảm từ hai ngày xuống còn bốn giờ, tiết kiệm 1.600 USD nhân công cho mỗi địa điểm.
• Việc cách ly một biến tần duy nhất để bảo trì không còn yêu cầu phải tắt toàn bộ nhóm; nhóm vẫn trực tuyến với 75% công suất.

Giám đốc nhà máy nói gì?

Giám đốc kỹ thuật nhà máy của người vận hành đã mô tả hiệu quả: "Hộp kết hợp AC Soutya 690V đã loại bỏ các sự cố nhiệt và đột biến tồi tệ nhất mà chúng tôi gặp phải ở mức điện áp 690 vôn. Trong 12 tháng, chúng tôi đã không thắt chặt lại một thiết bị đầu cuối cấp nguồn và chúng tôi có thể cách ly một bộ biến tần duy nhất mà không cần ngừng sản xuất cho toàn bộ khối. Sự thay đổi đó đã được đền đáp trong dự án này."

Các nhà khai thác công nghiệp và năng lượng mặt trời khác có thể học được gì từ việc trang bị thêm này?

Trường hợp này chỉ ra một số bài học, không chỉ giới hạn ở cây ban đầu.

• Bảo vệ phía AC xứng đáng có được thông số kỹ thuật nghiêm ngặt tương tự như bảo vệ chuỗi bên DC. Các SPD được thử nghiệm theo tiêu chuẩn IEC 61643-11 Loại 2 và các phương pháp thiết kế mảng theo tiêu chuẩn IEC 62548 phải được phản ánh trên đầu ra AC.
• Hộp kết hợp 4 trong 1 đầu ra hoàn chỉnh giúp giảm nhân công lắp đặt và thời gian tìm lỗi trong các nhà máy được trang bị thêm nơi không gian vật lý cố định.
• Trước khi chọn hộp, hãy kiểm tra độ dài cáp, cách điện và định tuyến khay; trở kháng chặn bằng nhau sẽ làm giảm rủi ro điểm nóng.

Nếu nhà điều hành lặp lại dự án, họ sẽ đặt mua một hộp dự phòng trong lô ban đầu và thực hiện quét ảnh nhiệt trong quá trình vận hành, vì những lần quét đó thực hiện bước kiểm tra cuối cùng và có thể truy nguyên. Kể từ đó, công ty đã áp dụng hộp kết hợp AC 690V tương tự cho các nhà máy 10 MW cũ của mình và mong đợi sự cải thiện về tính khả dụng tương tự trên toàn bộ danh mục 85 MW.

Tài liệu tham khảo ngành:

• Mảng quang điện (PV) IEC 62548:2016 - Yêu cầu thiết kế. (Nguồn: https://webstore.iec.ch/publication/62548)
• IEC 61643-11:2011 Thiết bị bảo vệ chống đột biến điện áp thấp - Phần 11: SPD kết nối với hệ thống điện hạ áp. (Nguồn: https://webstore.iec.ch/publication/61643-11)