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        關(guān)于降低直流匯流箱熔斷器故障率的技改方案研究

        2021-01-21 08:44:01廖劍鋒覃志慧
        家園·電力與科技 2021年14期
        關(guān)鍵詞:光伏電站故障

        廖劍鋒 覃志慧

        摘要:光伏電站直流匯流箱支持多條直流支路輸入,光伏組件串接后接入?yún)R流箱進(jìn)線側(cè),經(jīng)匯流后正負(fù)極分別接入集中式逆變器直流側(cè)正負(fù)極。文章介紹了燕子嶺光伏電站自2017年電站投運(yùn)至今,匯流箱的直流熔斷器陸續(xù)出現(xiàn)較多的故障,對(duì)故障進(jìn)行了分析,并提出了解決方案,從而達(dá)到減少光伏電站直流支路故障率,提高發(fā)電量的目的。

        關(guān)鍵詞:光伏電站、直流匯流箱、直流熔斷器、故障

        1.前言

        燕子嶺光伏電站總裝機(jī)容量100MWp,安裝有1104個(gè)匯流箱,有大約33120個(gè)熔斷器底座和33120個(gè)直流熔斷器。自2017年電站投運(yùn)至今,匯流箱的直流熔斷器陸續(xù)出現(xiàn)較多的故障,經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析,主要是直流熔斷器發(fā)熱燒毀,導(dǎo)致熔斷器底座發(fā)生損壞。截止目前,電站仍有450條支路的直流熔斷器故障等待處理,造成了較大的電量損失,且由于電站屬于水上光伏項(xiàng)目,更換直流熔斷器工作困難較大,如此高的更換頻率,占用了運(yùn)維人員的較大工作時(shí)間,不利于我司的精簡(jiǎn)人員的發(fā)展方針。因此,針對(duì)以上的問(wèn)題,經(jīng)過(guò)對(duì)原匯流箱的熔斷器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理分析,我們?cè)诒WC同樣保護(hù)功能前提下,減少了直流熔斷器的數(shù)量,從而降低了故障的發(fā)生率。

        2.原因分析

        電站使用的直流熔斷器和熔斷器底座分別是由印度生產(chǎn)的Bussmann PV-15A10F直流熔斷器和Bussmann PV1000Vdc-30A熔斷器底座,通過(guò)對(duì)故障直流熔斷器檢查,直流熔斷器導(dǎo)電部分的熔斷器帽已嚴(yán)重氧化變色,在發(fā)電時(shí)熔斷器與熔斷器底座接觸部分因氧化電阻偏大而發(fā)熱,導(dǎo)致熔斷器底座受熱出現(xiàn)燒焦變黃變黑現(xiàn)象(如圖1、圖2)。

        經(jīng)將熔斷器底座拆解后,發(fā)現(xiàn)內(nèi)部的接觸導(dǎo)體屬于合金鋼(如圖3所示),不是銅導(dǎo)體,因此,接觸導(dǎo)體材料較差導(dǎo)致在正常發(fā)電過(guò)程中容易發(fā)熱。

        此外,在檢查故障匯流箱時(shí),發(fā)現(xiàn)由于熔斷器卡座壓緊彈簧片經(jīng)過(guò)多次開閉后,容易出現(xiàn)受力疲勞,導(dǎo)致部分熔斷器與卡座的接觸并不良好,熔斷器處于半接觸狀態(tài),部分熔斷器受到觸碰容易掉落或滑落開口,經(jīng)分析,此情況是由于熔斷器導(dǎo)軌式底座設(shè)計(jì)工藝存在問(wèn)題,部分熔斷器閉合不完全,導(dǎo)致接觸電阻過(guò)大而局部發(fā)熱嚴(yán)重。

        綜合上述的研究分析,并經(jīng)與廠家技術(shù)人員研討后,初步確定造成熔斷器故障的主要原因是直流熔斷器和接觸導(dǎo)體的材料較差以及熔斷器卡座設(shè)計(jì)工藝不可靠。

        3.技術(shù)改造方案

        根據(jù)上述的原因分析,我們要求廠家對(duì)原匯流箱進(jìn)行以下方面的改造:

        3.1熔斷器及接觸導(dǎo)體的材料的更換

        為了有效降低熔斷器及接觸導(dǎo)體的發(fā)熱,要求該部位的材料優(yōu)先選用純銅或鋁合金,其接觸面積應(yīng)符合正常運(yùn)行的電流使用標(biāo)準(zhǔn)。

        3.2原導(dǎo)軌式底座機(jī)構(gòu)的改造

        熔斷器的原導(dǎo)軌式底座隨著使用時(shí)間會(huì)出現(xiàn)卡扣受力疲勞,容易出現(xiàn)接觸不良導(dǎo)致接觸電阻升高發(fā)熱,因此建議采用螺栓連接式結(jié)構(gòu),取消導(dǎo)軌式底座結(jié)構(gòu)。但是采用螺栓式結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致日常檢查時(shí)出現(xiàn)螺絲松緊繁瑣,因此應(yīng)采取帶指示燈的熔斷器,當(dāng)該熔斷器發(fā)生熔斷時(shí),其指示燈自動(dòng)熄滅,有助于日常檢查快速發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

        3.3匯流箱的熔斷器方案設(shè)計(jì)改造

        根據(jù)匯流箱的結(jié)構(gòu)原理和日常運(yùn)維檢修的保護(hù)操作規(guī)程,我們從故障根源上創(chuàng)新地提出將負(fù)極的熔斷器及其底座全部取消的新型設(shè)計(jì)方案。該方案取消負(fù)極側(cè)熔斷器及其底座后,將原負(fù)極母排與組串支路的負(fù)極通過(guò)螺栓和軟銅線進(jìn)行連接,具體如圖4所示:

        經(jīng)過(guò)上述改造后,熔斷器的數(shù)量降低了一半,從根源上減少了故障的發(fā)生源,從而有效的降低了故障發(fā)生率,且本次改造仍保留了正極的熔斷器,原串聯(lián)支路仍具有過(guò)流的保護(hù),仍滿足設(shè)備的安全使用要求,因此,本方案原則上是可實(shí)施的。

        4.經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

        4.1電量損失分析

        自電站投運(yùn)至今,匯流箱熔斷器故障已更換3300個(gè)支路直流熔斷器。目前至少有450條支路故障直流熔斷器未能及時(shí)處理,且由于故障發(fā)生率已超過(guò)了故障的處理速度,導(dǎo)致電站損失的電量較多,運(yùn)營(yíng)壓力較大。

        4.2材料損失分析

        根據(jù)電站的故障發(fā)生率,估算每年更換直流熔斷器的數(shù)量約1500個(gè),材料總費(fèi)用是:1500*10=1.5萬(wàn)元

        4.3運(yùn)維成本分析

        燕子嶺電站屬于水上光伏項(xiàng)目,運(yùn)維人員更換直流熔斷器工作量大,遇到水位偏低時(shí),還需要踩腳扣登高工作,存在一定的高空作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。且經(jīng)運(yùn)維估算,水上維檢每半天可處理4個(gè)故障匯流箱,每個(gè)故障匯流箱存在故障點(diǎn)約3個(gè),因此,每年損失時(shí)間如下:

        1500÷4÷3÷2=62.5天

        因此,此故障占用了較大的運(yùn)維工作時(shí)間,降低了維檢效率,不利于公司的精簡(jiǎn)人員管理發(fā)展方針。

        5.研究總結(jié)

        經(jīng)過(guò)以上的分析及改造,我們從性能上有效的避免了不良材料影響和導(dǎo)軌式底座缺陷導(dǎo)致的發(fā)熱問(wèn)題,而且通過(guò)減少負(fù)極側(cè)熔斷器的新方法從根源上降低了故障的發(fā)生率,總體上達(dá)到了較好的降本增效的效果,切實(shí)有效地促進(jìn)生產(chǎn)效率和經(jīng)營(yíng)效益的提升,確保電力生產(chǎn)安全的目標(biāo)。

        參考文獻(xiàn):

        [1]國(guó)家電力投資集團(tuán)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/SPI 9701-2016 光伏發(fā)電工程直流匯流箱技術(shù)規(guī)范

        [2]王鳳林.集中式光伏電站電氣設(shè)備常見故障分析及處理方法[J].中外交流,2019,26(42):74.

        [3]GHL-100系列智能光伏匯流箱使用手冊(cè)(Version1.18)

        [4]陳仁朕. 基于STM32F10x的光伏匯流箱設(shè)計(jì)[J]. 電子設(shè)計(jì)工程, 2015(7):4.

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