Bộ ngắt mạch vỏ đúc Soutya DC cắt giảm 35% thời gian ngừng hoạt động của năng lượng mặt trời

Một nhà máy quang điện 50 MW ở Tây Nam nước Mỹ đã thay thế 120 cầu dao cũ bằng cầu dao vỏ đúc Soutya DC. Kết quả: giảm 35% thời gian ngừng hoạt động đột xuất, giảm tỷ lệ hỏng hóc máy cắt từ 4,2% xuống 0,8% và tiết kiệm bảo trì hàng năm hơn 60.000 USD.

Tình hình hoạt động tại Cơ sở năng lượng mặt trời là gì?

Cơ sở này vận hành 24 khối năng lượng mặt trời, mỗi khối cung cấp năng lượng cho trạm chuyển đổi DC-to-AC công suất 2 MW. Hệ thống bảo vệ DC ban đầu của nó bao gồm các cầu dao thu nhỏ không được liệt kê trong danh sách UL được lắp đặt trong quá trình xây dựng. Sau 14 năm ở môi trường sa mạc, cầu dao có dấu hiệu rõ ràng về ứng suất nhiệt và một số cầu dao đã bị vấp trong quá trình vệ sinh định kỳ khi độ ẩm cao tạo ra các đường rò rỉ.

Các nhà quản lý nhà máy phải chịu áp lực phải nâng mức cung cấp năng lượng từ 98,2% lên trên 99% như một phần của hợp đồng mua bán điện. Mỗi chuyến đi ngoài kế hoạch đều đồng nghĩa với việc mất điện và mỗi lần thay thế đều yêu cầu tắt toàn bộ dây chuyền.

Hệ thống bảo vệ DC cũ đã gây ra những thách thức gì?

Trong 12 tháng trước đó, nhà máy đã ghi nhận 47 sự cố liên quan đến máy cắt. Vấn đề phổ biến nhất là sự cố vấp ngã do quá dòng tạm thời, gây ra bởi các lỗi dây liền kề. Khi một cầu dao ngược dòng duy nhất mở ra, bảy dây hạ nguồn trở nên tối tăm. Đội bảo trì đã dành trung bình 3,5 giờ cho mỗi sự kiện, bao gồm cả việc di chuyển khắp địa điểm rộng 200 mẫu Anh.

Cầu dao cũ hơn cũng không có dấu hiệu lỗi rõ ràng. Kỹ thuật viên đã phải tháo nắp và dùng camera hồng ngoại để xác định bộ phận nào đã mở. Trong hai sự cố, cầu dao bị ngắt đã được đóng lại do nhầm lẫn trong khi lỗi hạ lưu vẫn tồn tại, làm hỏng hộp tổ hợp và một biến tần.

Phụ tùng thay thế ngày càng khan hiếm và nhà cung cấp ban đầu đã ngừng sản xuất mẫu xe này. Nhà máy dự trữ 40 chiếc thuộc nhiều nhãn hiệu khác nhau, nhưng không có chiếc nào phù hợp với diện tích hiện có, vì vậy mỗi lần xây dựng lại đều cần phải sửa đổi bảng điều khiển.

Tại sao nhà máy lại chọn Bộ ngắt mạch vỏ đúc Soutya DC?

Nhóm kỹ thuật đã đánh giá ba phương án thay thế: cầu dao AC có xếp hạng DC từ một nhà phân phối địa phương, các thiết bị được tân trang lại từ nhà sản xuất ban đầu và dòng DC MCCB của Soutya. Máy cắt lai AC-DC có công suất ngắt thấp hơn và không vượt qua thử nghiệm ngắn mạch bên trong của nhà máy ở mức 10 kA. Các thiết bị được tân trang lại được bảo hành 90 ngày và không giải quyết được tình trạng chuyến đi phiền toái.

Bộ ngắt mạch vỏ đúc DC của Soutya đã được chọn sau khi thử nghiệm song song trên hai dây. Sản phẩm đáp ứng các yêu cầu UL 489 và có điện áp hoạt động định mức 1000 V DC với khả năng ngắt 25 kA, cao hơn dòng điện sự cố tối đa 12 kA hiện có tại chỗ. Cầu dao cũng có cờ ngắt trực quan và các điểm tiếp xúc phụ để giám sát từ xa, điều mà không ứng cử viên nào khác cung cấp ở mức giá tương đương.

Quyết định này cũng bị ảnh hưởng bởi sự sẵn lòng của Soutya trong việc cung cấp hỗ trợ kỹ thuật ứng dụng và bảo hành các bộ phận không có thắc mắc trong 5 năm.

MCCB Soutya DC được triển khai như thế nào?

Chương trình thay thế kéo dài tám tuần trên năm trạm biến áp. Dự án được chia thành năm giai đoạn:

• Giai đoạn 1: Khảo sát hiện trường và dán nhãn toàn bộ 120 vị trí máy cắt.
• Giai đoạn 2: Lắp đặt 2 tấm pin tại khối 7 và thử nghiệm chịu tải trong 48 giờ.
• Giai đoạn 3: Triển khai đầy đủ cho khối 7 và 8, với một chuỗi còn lại trên các bộ ngắt cũ làm bộ điều khiển.
• Giai đoạn 4: Thay thế các khối còn lại sau khi so sánh đối chứng cho thấy tỷ lệ lỗi giảm 4:1.
• Giai đoạn 5: Đào tạo hai thợ điện của nhà máy về quy trình chẩn đoán chuyến đi và thay thế.

Thách thức kỹ thuật chính là điều chỉnh các thanh ray lắp hộp tổ hợp hiện có. Kích thước nhỏ gọn của Soutya phù hợp với cách bố trí đường ray DIN tiêu chuẩn, nhưng các vấu thanh cái lớn hơn một chút. Nhà máy đã sử dụng một bộ chuyển đổi bằng đồng tùy chỉnh do Soutya cung cấp và thời gian lắp đặt cho mỗi cầu dao trung bình là 27 phút, bao gồm việc vặn các vấu và bôi keo chống oxy hóa.

Cơ sở đã đạt được kết quả gì?

Sau khi cầu dao cuối cùng được lắp đặt, nhà máy đã theo dõi hiệu suất trong chín tháng. Thời gian ngừng hoạt động đột xuất do sự cố máy cắt DC đã giảm từ 11,6 giờ mỗi tháng xuống 0,8 giờ mỗi tháng, giảm 35% tổng thời gian ngừng hoạt động của nhà máy khi được chuẩn hóa theo mùa vụ. Tỷ lệ hỏng hóc máy cắt giảm từ 4,2% hàng năm xuống 0,8%.

Chi phí bảo trì giảm 60.000 USD mỗi năm nhờ ít lượt ghé thăm địa điểm hơn và loại bỏ kho dự trữ phụ tùng thay thế. Nhà máy đã trả lại máy cắt cũ chưa sử dụng cho người bán lại với giá 7.000 USD. Mức độ sẵn có của năng lượng được cải thiện lên 99,4%, mang lại khoản tiền thưởng hiệu suất là 150.000 USD từ người mua điện.

Các tiếp điểm phụ cho phép hệ thống SCADA của nhà máy hiển thị máy cắt mở trong thời gian thực. Giờ đây, công văn có thể gửi thợ điện đến đúng chuỗi, giảm thời gian chẩn đoán trung bình từ 35 phút xuống còn 6 phút.

Giám đốc bảo trì của nhà máy đã nói gì?

Người quản lý bảo trì điện cho biết: "Chúng tôi mong đợi tỷ lệ ngắt thấp hơn nhưng chúng tôi không mong đợi kết quả chẩn đoán sẽ rõ ràng như vậy. Cờ ngắt và liên hệ từ xa cho phép người vận hành bảng điều khiển của chúng tôi nhìn thấy vị trí chính xác mà không cần rời khỏi phòng điều khiển. Nó giúp giảm thời gian phản hồi của chúng tôi xuống một phần nhỏ so với trước đây".

Những người vận hành khác có thể học được bài học gì?

Ba điểm từ dự án này áp dụng cho bất kỳ cơ sở nào có thiết bị bảo vệ DC cũ:

• Xác minh khả năng ngắt thực tế ở điện áp hệ thống tối đa của bạn. Bộ ngắt có định mức 25 kA ở 1000 V DC không giống với bộ ngắt có định mức 25 kA ở 500 V DC.
• Sử dụng dây thay thế theo từng giai đoạn và giữ lại hai hoặc ba dây trên thiết bị cũ làm nhóm điều khiển. Dữ liệu so sánh từ nhà máy cho thấy kết quả trong vòng bốn tuần.
• Đầu tư vào máy cắt có tiếp điểm phụ. Tín hiệu trạng thái từ xa tự trả giá bằng cách loại bỏ thời gian tuần tra và ngăn chặn việc đóng lại nhầm sau một chuyến đi.

Nếu dự án được lặp lại, người quản lý sẽ đặt mua thêm máy cắt dự phòng để trang bị cho địa điểm thứ hai thay vì bán bớt các thiết bị cũ. Ông lưu ý: “Chúng tôi đã đánh giá thấp mức độ tin tưởng của chúng tôi đối với máy cắt Soutya và muốn tiêu chuẩn hóa nhà máy chị em”.

Tài liệu tham khảo

• UL 489 Ed. 14-2025 - Cầu dao vỏ đúc, Công tắc vỏ đúc và Vỏ cầu dao
• Nghiên cứu mô phỏng quá trình chuyển động hồ quang của máy cắt DC cỡ nhỏ, DOI: 10.1063/5.0174184