Hur 690V AC Combiner Box 4 In 1 Out minskar en solcellsanläggnings AC-sidefel med 78 %

En solcellstillgångsoperatör i kommersiell skala i södra Europa förvaltar 85 MW markmonterad solcellskapacitet på tolv platser. Varje plats använder strängväxelriktare med hög effekt som matar ut 690 V AC. Före uppgraderingen var AC-sidans anslutning mellan fyra växelriktare och en step-up transformator den mest felbenägna punkten i hela anläggningen. Efter eftermontering med Soutya 690V AC Combiner Box 4 In 1 Out, minskade operatören feltiden på AC-sidan med 78 % på sex månader.

Vilken var kundens bakgrund och verksamhetssituation?

Företaget driver flera 5 MW till 10 MW PV-anläggningar byggda mellan 2017 och 2020. I varje anläggning levererar grupper om fyra växelriktare 690 V AC genom separata kopplingsdosor och individuella ställverk innan de går in i en mellanspänningstransformator.

Åldrade ledningar och icke-integrerad skyddsutrustning hade blivit en tillförlitlighetsfråga. Anläggningarna var bemannade av ett litet O&M-team och den genomsnittliga tiden för att diagnostisera ett problem på AC-sidan översteg en halv dag. I och med att regionen gick över till kortare inmatningsfönster behövde ägaren högre tillgänglighet och lägre servicekostnad per kilowattimme.

Vad exakt var det som gjorde att deras ledningar på AC-sidan var en återkommande flaskhals?

Före eftermonteringen gick varje växelriktarutgång till en generisk 690 V AC-kopplingsdosa utrustad med separata brytare i formgjuten hölje, påskruvade överspänningsavledare och kopplingsplintar. Dessa lådor gav inte lika fasavstånd eller tillräcklig värmeavledning. Fel uppstod i tre huvudsakliga former:

• Lösa anslutningar på 690 V-matarna orsakade överhettning och intermittent utlösning.
• Avledaren monterades utan korrekt typ 2-koordination, så blixtinducerade transienter skadade växelriktarens effektsteg två gånger på ett år.
• Eftersom underhåll på en växelriktare krävde att en strömförande kapsling öppnades, var arbetarna tvungna att stänga av hela gruppen med fyra växelriktare, vilket resulterade i produktionsförluster på cirka 920 USD per timme och anläggning.

Den totala årliga kostnaden för dessa fel på AC-sidan – inklusive reparationsmaterial, arbete och förlorade intäkter – var $23 000 per 10 MW-plats.

Varför välja Soutya 690V AC Combiner Box 4 In 1 Out?

Operatören granskade tre alternativ: vanliga AC-fördelningskort från en lokal panelbyggare, kommersiella säkringar och Soutya-boxen. Panelbyggaren kunde inte leverera en 690 V AC-växelcentral som klarade de överspänningsskyddstest av typ 2 som krävs enligt IEC 61643-11. Säkringsfrånskiljare saknade korrekt kortslutningskoordination med nedströmstransformatorn.

Soutya 690V AC Combiner Box 4 In 1 Out matchade den befintliga elektriska topologin exakt. Den slår samman fyra 690 V AC-ingångar till en skyddad utgång med fyra ingångsbrytare och en enda utgångsbrytare. Den integrerade överspänningsskyddsanordningen är klassad enligt IEC 61643-11, och kapslingens layout ger separata fack för kablage och strömförande samlingsskenor. Detta minskade det nödvändiga fotavtrycket med mer än 60 % jämfört med det tidigare ställverket.

Hur distribuerades lösningen på flera webbplatser?

Installationsprojektet pågick i tre faser under fyra månader. Teamet valde anläggningen med den högsta felhistoriken som pilotplats.

Huvudstegen var:

1. Strömmade växelströmssidan på en grupp med fyra växelriktare och tog bort befintlig kapsling.
2. Monterade Soutya-boxen på en befintlig enhetsram nära transformatorn.
3. Avslutade fyra 185 mm² kopparkablar från växelriktarna och en 300 mm² kabel till transformatorn.
4. Konfigurerade ingångsbrytarens klassificeringar för att matcha inverterns utgångsskydd och ställde in SPD till 690 V AC systemspänning.
5. Beställde övervakningsutgången till RS485 och kontrollerade utlösningströsklarna mot anläggningens SCADA.

En typisk svårighet var att de befintliga utgångskablarna från de fyra växelriktarna hade olika längd och låg i olika brickvägar. Det orsakade något obalanserade linjeimpedanser. Lösningen var att installera skenutjämnarlänkar och trimma kabellängder inom varje grupp; terminaltemperaturen förblev jämn efter en dag med full belastning.

Vilka mätbara resultat uppnådde anläggningen?

Sex månader efter den första installationen jämförde operatören pilotplatsen med dess historiska prestanda:

• Felfrekvensen på AC-sidan sjönk från tolv incidenter per år till under tre, en minskning med 75 %.
• Oschemalagd driftstopp från 690 V AC-fel minskade med 78 %, vilket motsvarar 11,5 extra timmars fulllastdrift per växelriktargrupp och år.
• Den årliga kostnaden för fel på AC-sidan, inklusive förlorad produktion, minskade från $21 000 till $5 500 per 10 MW-anläggning.
• Installationstiden för varje växelriktargrupp sjönk från två hela dagar till fyra timmar, vilket sparade 1 600 USD i arbetskraft per plats.
• Isolering av en enskild växelriktare för underhåll kräver inte längre avstängning av hela gruppen; gruppen förblir online med 75 % kapacitet.

Vad säger anläggningschefen?

Operatörens tekniska chef för anläggningen beskrev effekten: "Soutya 690V AC-kombinationslåda eliminerade de värsta termiska och överspänningsfel som vi hade vid 690 volt. På tolv månader har vi inte efterdragit en matarterminal och vi kan isolera en enda växelriktare utan att stoppa produktionen för hela blocket. Den förändringen betalade sig själv i det här projektet."

Vad kan andra industri- och solcellsoperatörer lära sig av denna eftermontering?

Det här fallet pekar på flera lärdomar, inte begränsat till den ursprungliga anläggningen.

• Skydd på växelströmssidan förtjänar samma specifikationer som strängskydd på likströmssidan. IEC 61643-11 Typ-2-testade SPD:er och IEC 62548-arraydesignpraxis bör speglas på AC-utgången.
• En komplett 4-i-1-ut kombinerarbox minskar installationsarbete och felsökningstid, i eftermonterade anläggningar där fysiskt utrymme är fast.
• Innan du väljer en låda, inspektera kabellängder, isolering och brickans dragning; lika blockeringsimpedans kommer att minska hotspot-risken.

Om operatören skulle upprepa projektet skulle den beställa en reservlåda i den första batchen och utföra värmeavbildningsskanningar under driftsättningen, eftersom dessa skanningar gjorde de sista terminalkontrollerna och spårbara. Företaget har sedan dess tillämpat samma 690V AC-kombinationsbox på sina äldre 10 MW-anläggningar och förväntar sig samma tillgänglighetsförbättring över hela 85 MW-portföljen.

Branschreferenser:

• IEC 62548:2016 Fotovoltaiska (PV) arrayer — Designkrav. (Källa: https://webstore.iec.ch/publication/62548)
• IEC 61643-11:2011 Lågspänningsöverspänningsskydd – Del 11: SPD:er anslutna till lågspänningssystem. (Källa: https://webstore.iec.ch/publication/61643-11)