چگونه یک نیروگاه خورشیدی زمان خاموشی را تا 60٪ با قطع کننده مدار قالب گیری DC کاهش داد

پیشینه مشتری

یک نیروگاه خورشیدی متوسط ​​در کالیفرنیا، با 50 مگاوات ظرفیت فتوولتائیک، در سیستم های توزیع DC خود با خرابی های مداوم مواجه شد. زیرساخت‌های الکتریکی نیروگاه به فیوزهای سنتی و مدارشکن‌های قدیمی‌تر حرارتی مغناطیسی برای حفاظت از جریان اضافه در سمت DC متکی بود. با بیش از 200 ترکیب‌کننده رشته‌ای و جعبه‌های ترکیب‌کننده متعدد، این تسهیلات برای حفظ زمان کارکرد و برآورده کردن قراردادهای خرید برق، به حفاظت DC قابل اعتماد نیاز داشت.

چالش‌های حفاظت از DC موجود

این نیروگاه به طور متوسط ​​12 خاموشی برنامه ریزی نشده در هر سه ماهه را به دلیل سوختن فیوزها و خاموش شدن مزاحم بریکرهای DC معمولی تجربه کرد. هر خاموشی به یک خدمه متشکل از دو تکنسین نیاز داشت تا قطعه خراب را پیدا کرده و جایگزین کنند - 45 دقیقه برای هر خطا. خرابی تجمعی 18000 دلار در هر سه ماهه به عنوان درآمد و نیروی کار از دست رفته برای کارخانه هزینه داشت، سیستم مبتنی بر فیوز هیچ نشانه بصری خرابی ارائه نمی داد و تشخیص را تا چرخه نظارت بعدی به تاخیر انداخت.

خطرات فلاش قوس یکی دیگر از نگرانی ها بود. بریکرهای موجود فاقد ظرفیت قطعی کافی برای رشته های DC با ولتاژ بالا (تا 1000 Vdc) بوده و باعث بروز حوادث قوس گاه به گاه می شود که به پایانه ها آسیب می رساند و نیاز به تعمیرات پرهزینه دارد. افسر ایمنی نیروگاه این را به عنوان یک شکاف مهم در برنامه ایمنی الکتریکی اعلام کرد.

چرا مدارشکن‌های کیس قالب‌گیری شده Soutya DC؟

پس از ارزیابی چندین گزینه، از جمله واحدهای سفر الکترونیکی و نگهدارنده‌های فیوز ارتقا یافته، تیم مهندسی نیروگاه، مدارشکن‌های DC Molded Case Soutya را برای عملکرد اثبات‌شده‌شان در کاربردهای خورشیدی در مقیاس کاربردی انتخاب کردند. عوامل کلیدی در تصمیم گیری:

• فهرست UL 489 برای برنامه های DC تا 1000 Vdc، تضمین انطباق و ایمنی
• ظرفیت قطع بالا (25 کیلو آمپر در 1000 Vdc) مناسب برای جریان های خطای سطح رشته
• تنظیمات سفر حرارتی و مغناطیسی قابل تنظیم برای مطابقت با تنظیمات رشته خاص
• ردپای فشرده امکان مقاوم سازی مستقیم در محفظه های فولادی موجود را بدون تغییر می دهد
• جبران دمای محیط باعث کاهش اصابت مزاحمت در شرایط گرم بیابان شد

این تیم قبل از استقرار در مقیاس کامل یک آزمایش آزمایشی روی دو ترکیب کننده انجام داد. بریکرهای Soutya تمام سفرهای مزاحم را در طول آزمایشی 2 ماهه حذف کردند در حالی که بلوک های فیوز موجود در رشته های موازی همچنان در حال انفجار بودند.

فرآیند پیاده سازی

پروژه مقاوم سازی 3 هفته طول کشید و 48 جعبه ترکیب کننده را در سه بلوک اینورتر پوشش داد. مراحل اجرا:

1. ممیزی و نقشه برداری- تمام مدارهای شاخه DC را شناسایی کرد و درجه بندی فیوزها و اندازه کابل های موجود را مستند کرد.
2. انتخاب شکن- منحنی‌های سفر و رتبه‌بندی جریان انتخابی برای هر رشته بر اساس ماژول Isc و ampacity کابل.
3. نصب و راه اندازی– تعویض نگهدارنده فیوز با MCCB های DC Soutya با استفاده از شینه ها و کیت های گیره موجود. میانگین زمان تعویض برای هر ترکیب 1.5 ساعت بود.
4. تست کردن- تأیید هماهنگی سفر با تزریق جریان آزمایشی در خروجی ترکیب کننده. تنظیمات مغناطیسی تنظیم شده برای جلوگیری از خاموش شدن هجومی از خازن های اینورتر.
5. مستندات- نمودارهای یک خطی به روز شده و هر شکن با تنظیمات سفر برچسب گذاری شده است.

یک چالش کلیدی هماهنگ کردن تنظیمات بریکر با الزامات قطع DC اینورتر بود. چندین رشته در طول راه اندازی صبحگاهی جریان هجومی غیرمعمول بالایی داشتند که باعث می شد قطع کننده ها فوراً خاموش شوند. راه حل این بود که آستانه سفر مغناطیسی را 30٪ بالاتر از اوج هجوم اندازه گیری شده تنظیم کنید، که به ابزارهای اندازه گیری در محل نیاز داشت. پس از تنظیم، هیچ سفر مزاحم دیگری رخ نداد.

نتایج قابل سنجش

پس از 6 ماه کار با Soutya DC MCCB:

• خاموشی های برنامه ریزی نشده 60 درصد کاهش یافت- از 12 در هر سه ماهه به 4.8، با خاموشی های باقی مانده ناشی از رویدادهای خارجی مانند قطعی شبکه.
• میانگین زمان رفع خطا از 45 دقیقه به 15 دقیقه کاهش یافت– به لطف پرچم سفر قابل رویت شکن و نشانگر وضعیت محلی.
• صرفه جویی در نگهداری سالانه 28000 دلار- حذف فیوزهای جایگزین (1200 فیوز در سال با قیمت 8 دلار) و کاهش ساعت کار 200 ساعت در سال.
• حوادث Arc-flash به صفر رسید- در مقایسه با دو رویداد جزئی در سال قبل از بازسازی.

دسترسی کلی نیروگاه از 98.2 درصد به 99.4 درصد بهبود یافته است، افزایش تولید انرژی سالانه 580 مگاوات ساعت - به ارزش بیش از 58000 دلار با نرخ PPA.

گواهی مشتری

"بریکرهای Soutya سطحی از قابلیت اطمینان را به ارمغان آوردند که ما فکر نمی کردیم در سمت DC امکان پذیر باشد. ما از گرمای تابستان می ترسیدیم زیرا در آن زمان تمام بریکرهای قدیمی از کار می افتادند. اکنون از جعبه های ترکیب کننده عبور می کنیم و همه جا نشانگرهای سبز رنگ را می بینیم. دوره بازگشت سرمایه در این مقاوم سازی کمتر از 8 ماه بود." - مدیر عملیات کارخانه

درس ها و توصیه ها

برای سایر اپراتورهای نیروگاه خورشیدی که ارتقای مشابهی را در نظر دارند:

1. اندازه گیری جریان های هجومی واقعی– اگر طول کابل یا ویژگی های ماژول متفاوت باشد، تکیه بر داده های سازنده برای تنظیمات سفر ممکن است با شکست مواجه شود. تست در محل ارزش سرمایه گذاری را دارد.
2. برای برچسب زدن و نگهداری سوابق برنامه ریزی کنید- با وجود بریکرهای قابل تنظیم، ثبت تنظیمات خاص برای هر واحد برای ساده‌سازی عیب‌یابی در آینده بسیار مهم است.
3. کاهش دمای محیط را در نظر بگیرید- حتی اگر قطع کننده های Soutya دما را جبران می کنند، اطمینان حاصل کنید که محفظه ها دارای تهویه مناسب در مناطق با گرمای زیاد هستند.

این پروژه نشان می‌دهد که ارتقاء مدار شکن‌های مدار قالب‌گیری شده DC مدرن از Soutya می‌تواند بازده سریعی را به همراه داشته باشد و در عین حال ایمنی و کارایی عملیاتی را بهبود بخشد.

مراجع

1. UL 489 Ed. 14-2025 - قطع کننده های مدار قالبی، سوئیچ های کیس قالبی و محفظه های مدار شکن. فروشگاه اینترنتی ANSI.

2. UL 1699B: 2018 – حفاظت مدار فتوولتائیک (PV) DC Arc-Fault Circuit. استانداردهای UL را خریداری کنید.