Cách một EPC năng lượng mặt trời cắt giảm 35% chi phí lỗi hồ quang DC bằng Hộp kết hợp Soutya AFCI

Bối cảnh khách hàng

Công ty EPC năng lượng mặt trời cỡ trung có trụ sở tại Stuttgart, Đức, thiết kế và lắp đặt hệ thống quang điện trên mái nhà thương mại trên khắp châu Âu. Với danh mục đầu tư 80 MW theo hợp đồng O&M dài hạn, công ty phục vụ các cơ sở sản xuất, trung tâm hậu cần và nhà điều hành kho lạnh. Mỗi dự án có công suất từ ​​500 kW đến 2 MW và công ty chịu trách nhiệm cả về xây dựng và bảo trì liên tục.

Nhóm O&M của công ty đã phải giải quyết số lượng các sự cố biến tần và sự cố nhiệt ngày càng tăng do lỗi hồ quang DC. Các đầu nối bị lão hóa, dây bị trầy xước và các đầu nối lỏng lẻo trong mạch dây là những thủ phạm chính. Khi danh mục đầu tư được mở rộng, chi phí bảo trì phản ứng bắt đầu làm giảm tỷ suất lợi nhuận.

Thách thức: Lỗi hồ quang DC không được phát hiện

Các sự cố hồ quang DC rất nguy hiểm vì chúng tồn tại mà không rút đủ dòng điện để kích hoạt cầu chì hoặc cầu dao tiêu chuẩn. Trong các hộp tổ hợp hiện có của công ty, chỉ có cầu chì dạng dây và thiết bị chống sét lan truyền được lắp đặt. Chúng cung cấp khả năng bảo vệ quá dòng và đột biến điện, nhưng chúng không thể phát hiện các lỗi hồ quang nối tiếp xảy ra ở cáp bị hỏng hoặc kết nối lỏng lẻo.

Hậu quả là hữu hình. Trong 12 tháng trước khi thực hiện dự án, nhóm đã ứng phó với 14 chuyến biến tần được phát hiện là do các đầu nối bị hỏng. Mỗi chuyến đi đều yêu cầu phải đến thăm địa điểm, quét ảnh nhiệt và kiểm tra thủ công mọi kết nối trong chuỗi. Một phiên khắc phục sự cố kéo dài trung bình tám giờ. Ngoài ra, hai sự cố suýt xảy ra đã được báo cáo trong đó hồ quang đã làm nóng chảy lớp cách điện của đầu nối, gây ra khói và có nguy cơ gây hỏa hoạn. Chi phí ước tính cho mỗi sự kiện như vậy, nếu không được phát hiện, có thể vượt quá 50.000 USD về thiệt hại tài sản và thời gian ngừng hoạt động.

Tại sao lại là Hộp kết hợp Soutya DC AFCI?

Công ty đã đánh giá ba lựa chọn. Đầu tiên là thêm các mô-đun AFCI ở đầu vào biến tần, nhưng điều đó chỉ giám sát đầu ra tổng hợp của tất cả các chuỗi và không thể xác định được chuỗi nào bị lỗi. Tùy chọn thứ hai là thay thế tất cả các đầu nối cáp bằng các đầu nối cáp cao cấp hơn, điều này sẽ không giải quyết được tình trạng xuống cấp trong tương lai. Tùy chọn thứ ba là hộp kết hợp Soutya DC AFCI với cấu hình 12 trong 1.

Quyết định này có ba lợi thế chính. Đầu tiên, hộp kết hợp Soutya cung cấp khả năng phát hiện lỗi cung trên mỗi chuỗi. Mỗi đầu vào trong số 12 đầu vào được giám sát độc lập nên lỗi sẽ được định vị ngay lập tức. Thứ hai, thiết bị tích hợp cả AFCI và bảo vệ quá dòng trong một vỏ, đơn giản hóa việc lắp đặt và giảm số lượng bộ phận cần kiểm tra. Thứ ba, nó tuân thủ UL 1699B và hỗ trợ các yêu cầu thiết kế của IEC 62548, mang lại niềm tin cho EPC cho cả thị trường Châu Âu và xuất khẩu.

Quy trình thực hiện và ứng dụng

Dự án được triển khai trên ba dãy mái nhà thương mại, mỗi dãy có 8 đến 10 dây. Toàn bộ dự án mất sáu tuần từ khi lập kế hoạch đến khi vận hành. Các hộp kết hợp hiện có đã bị loại bỏ và thay thế bằng hộp kết hợp Soutya DC AFCI. Vì bố cục 12 trong 1 phù hợp với định tuyến chuỗi hiện có nên nhóm đã sử dụng lại hầu hết cáp DC, tiết kiệm chi phí vật liệu và thời gian lắp đặt.

Một khó khăn điển hình là trang bị thêm vào những không gian hạn chế. Hộp kết hợp mới có kích thước lớn hơn so với hộp chỉ có cầu chì đơn giản, vì vậy cần phải điều chỉnh giá đỡ trên một mái nhà. Nhóm đã giải quyết vấn đề này bằng cách sử dụng tấm ốp lưng bằng thép không gỉ và ống dẫn linh hoạt, hoàn thành việc trang bị thêm mà không thay đổi cách bố trí cấu trúc.

Sau khi cài đặt, nhóm đã kết nối đầu ra Modbus RTU với hệ thống SCADA hiện có. Hộp tổ hợp truyền trực tiếp trạng thái lỗi dòng điện, điện áp và hồ quang trên mỗi chuỗi đến trung tâm giám sát từ xa. Các thử nghiệm vận hành bao gồm một lỗi hồ quang mô phỏng, lỗi này được thiết bị xử lý trong vòng chưa đầy 0,5 giây trong khi xác định chuỗi chính xác.

Kết quả có thể định lượng

• Giảm thời gian khắc phục sự cố tới 90%:Thời gian phản hồi lỗi trung bình giảm từ 8 giờ xuống còn 45 phút do hộp AFCI xác định ngay chuỗi bị lỗi.
• Giảm chi phí O&M xuống 35%:Hiện nay, ba địa điểm này yêu cầu ít cảnh báo khẩn cấp hơn. Số tiền tiết kiệm hàng năm lên tới 18.000 USD trên toàn bộ danh mục đầu tư.
• Giảm thời gian ngừng hoạt động của biến tần xuống 60%:Bằng cách ngăn chặn hiện tượng phóng hồ quang kéo dài có thể gây ra sự cố biến tần, các cơ sở này đã giảm được 60% tình trạng mất kết nối ngoài dự kiến.
• Phát hiện sớm hai lỗi hồ quang:Trong 12 tháng đầu tiên, đơn vị đã phát hiện được hai lỗi hồ quang hàng loạt ở giai đoạn ban đầu, ngăn ngừa hỏa hoạn và thiệt hại có thể xảy ra.

Tác động tổng thể đã vượt xa những con số. Nhóm O&M chuyển từ sửa chữa phản ứng sang kiểm tra chủ động. Dữ liệu được thu thập từ hộp tổ hợp cho phép họ lên lịch thay thế cáp trong các khoảng thời gian bảo trì theo kế hoạch hơn là trong trường hợp khẩn cấp.

Lời chứng thực của khách hàng

"Hộp kết hợp Soutya DC AFCI đã mang đến cho nhóm của chúng tôi khả năng xác định đầu nối bị lỗi trước khi nó phát hỏa. Cảnh báo trên mỗi chuỗi và ghi dữ liệu đã thay đổi cách chúng tôi quản lý danh mục quang điện của mình."

Bài học và khuyến nghị

1. Đặt chức năng phát hiện lỗi hồ quang ở cấp độ chuỗi. Việc phát hiện mức biến tần không thể xác định được lỗi và khiến cáp DC dài không được bảo vệ.
2. Kết hợp giám sát với bảo vệ. Hộp kết hợp báo cáo trạng thái và hiện tại trên mỗi chuỗi tạo ra dữ liệu có thể thực hiện được để bảo trì dự đoán.
3. Ngân sách dành cho đào tạo. Các triệu chứng lỗi hồ quang khác với các sự kiện quá dòng và kỹ thuật viên cần hiểu công nghệ để ứng phó.

Nếu công ty thực hiện lại dự án này, họ sẽ lắp đặt các hộp Soutya AFCI trên tất cả các dự án mới ngay từ đầu thay vì trang bị thêm. Việc tiêu chuẩn hóa cấu hình 12 trong 1 sẽ đơn giản hóa việc kiểm kê phụ tùng thay thế của họ và giúp việc chẩn đoán từ xa trở nên nhất quán hơn trên khắp các cơ sở.

Tài liệu tham khảo

1. UL 1699B: Bảo vệ mạch quang điện DC (PV) 2018.liên kết
2. Mảng quang điện (PV) IEC 62548:2016 - Yêu cầu thiết kế.liên kết
3. IEC 60364-7-712:2017 Lắp đặt điện hạ thế — Phần 7-712: Hệ thống cung cấp điện năng lượng mặt trời PV.liên kết