690V AC コンバイナ ボックス 4 入力 1 出力が太陽光発電所の AC 側の障害を 78% カットする方法

南ヨーロッパの商業規模の太陽光発電施設運営会社は、12 か所の敷地で 85 MW の地上設置型 PV 容量を管理しています。各サイトでは、690 V AC を出力する高出力ストリング インバーターを使用しています。アップグレード前は、4 台のインバータと昇圧変圧器の間の AC 側接続が、プラント全体で最も故障しやすい箇所でした。 Soutya 690V AC コンバイナー ボックス 4 In 1 Out を導入した後、オペレーターは 6 か月間で AC 側の障害によるダウンタイムを 78% 削減しました。

お客様の背景や運用状況はどのようなものでしたか？

同社は、2017 年から 2020 年にかけて建設された 5 MW ～ 10 MW の PV プラントをいくつか運営しています。各プラントでは、4 台のインバータのグループが、高圧変圧器に入る前に、個別の接続箱と個別の開閉装置を介して 690 V AC を供給します。

老朽化した配線と統合されていない保護装置が信頼性の問題となっていました。プラントには少人数の O&M チームが配置されており、AC 側の問題を診断するのに平均で半日を超えていました。この地域が固定価格買取制度の短縮に移行する中、所有者はより高い可用性と、キロワット時あたりのより低いサービスコストを必要としていました。

AC 側の配線が繰り返しボトルネックになっている原因は一体何でしょうか?

改修前は、各インバータ出力は、個別のモールドケース ブレーカ、ボルトオン式避雷器、および端子台を備えた汎用の 690 V AC ジャンクション ボックスに接続されていました。これらのボックスは、等しい位相間隔または適切な熱放散を提供しませんでした。障害は主に次の 3 つの形式で発生しました。

• 690 V フィーダの端子が緩んでいると、過熱や断続的なトリップが発生しました。
• 避雷器はタイプ 2 の適切な調整を行わずに取り付けられていたため、雷による過渡現象により、1 年に 2 回インバータの電力段が損傷しました。
• 1 台のインバータのメンテナンスには通電中の筐体を開ける必要があったため、作業員は 4 台のインバータ グループ全体を停止する必要があり、プラントあたり 1 時間あたり約 920 ドルの発電損失が発生しました。

これらの AC 側の障害による年間総コスト (修理資材、人件費、収益損失を含む) は、10 MW サイトあたり 23,000 ドルでした。

Soutya 690V AC コンバイナー ボックス 4 In 1 Out を選ぶ理由?

オペレーターは、地元のパネル ビルダーの標準 AC 分電盤、市販のヒューズ付き断路器、および Soutya ボックスの 3 つの代替案を検討しました。パネル製造業者は、IEC 61643-11 で要求されるタイプ 2 サージ保護テストに合格した 690 V AC 配電盤を提供できませんでした。ヒューズ付き切断には、下流の変圧器との適切な短絡調整が欠けていました。

Soutya 690V AC コンバイナ ボックス 4 In 1 Out は、既存の電気トポロジーに正確に一致しました。 4 つの 690 V AC 入力を、4 つの入力サーキット ブレーカーと 1 つの出力ブレーカーを備えた 1 つの保護された出力に結合します。統合されたサージ保護デバイスは IEC 61643-11 に従って定格されており、エンクロージャのレイアウトにより、ケーブル配線と通電バスバー用に別個のコンパートメントが提供されます。これにより、以前の開閉装置と比較して、必要な設置面積が 60% 以上削減されました。

ソリューションはどのようにして複数のサイトに展開されましたか?

設置プロジェクトは 4 か月にわたる 3 段階で実行されました。チームは、故障履歴が最も多いプラントをパイロット サイトとして選択しました。

主な手順は次のとおりです。

1. 1 つの 4 インバータ グループの AC 側の電源を切り、既存のエンクロージャを取り外しました。
2. Soutya ボックスを変圧器近くの既存のユニストラット フレームに取り付けました。
3. インバーターからの 4 本の 185 mm² 銅線ケーブルと、変圧器への 1 本の 300 mm² ケーブルを終端処理しました。
4. インバータの出力保護に一致するように入力ブレーカーの定格を構成し、SPDを690 V ACシステム電圧に設定しました。
5. 監視出力を RS485 に設定し、プラント SCADA に対してトリップしきい値をチェックしました。

典型的な問題は、4 台のインバータからの既存の出力ケーブルの長さが異なり、異なるトレイ ルートに敷設されていたことでした。それにより、ラインインピーダンスがわずかに不均衡になってしまいました。解決策は、バスバー イコライザー リンクを取り付け、各グループ内のケーブルの長さを調整することでした。 1 日全負荷動作させた後でも端子温度は均一でした。

プラントはどのような測定可能な結果を​​達成しましたか?

最初の設置から 6 か月後、オペレーターはパイロット サイトと過去のパフォーマンスを比較しました。

• AC 側の障害発生頻度は年間 12 件から 3 件未満に減少し、75% 減少しました。
• 690 V AC 障害による予定外のダウンタイムは 78% 減少し、インバータ グループごとに年間 11.5 時間の全負荷動作が追加されたことになります。
• 生産損失を含む AC 側の障害による年間コストは、10 MW プラントあたり 21,000 ドルから 5,500 ドルに減少しました。
• 各インバータ グループの設置時間は丸 2 日から 4 時間に短縮され、サイトごとに 1,600 ドルの労働力が節約されました。
• メンテナンスのために単一のインバータを分離する場合、グループ全体をシャットダウンする必要はなくなりました。グループは 75% の容量でオンラインを維持します。

工場長は何と言っていますか？

「Soutya 690V AC コンバイナー ボックスのおかげで、690 ボルトで発生した最悪の熱障害とサージ障害が解消されました。12 か月の間、1 つのフィーダー端子を締め直すことはなく、ブロック全体の生産を停止することなく 1 つのインバーターを分離することができました。この変更は、このプロジェクトで報われました。」

他の産業および太陽光発電事業者は、この改修から何を学ぶことができますか?

この事例は、元のプラントに限定されない、いくつかの教訓を示しています。

• AC 側の保護は、DC 側のストリング保護と同じ厳密な仕様に値します。 IEC 61643-11 Type-2 でテストされた SPD および IEC 62548 アレイの設計手法は、AC 出力に反映される必要があります。
• 完全な 4-in-1-out コンバイナー ボックスにより、物理的スペースが固定されている改造プラントでの設置の労力と障害発見の時間が削減されます。
• ボックスを選択する前に、ケーブルの長さ、絶縁体、トレイの配線を検査してください。ブロッキング インピーダンスが等しいと、ホットスポットのリスクが軽減されます。

オペレータがプロジェクトを繰り返す場合、最初のバッチで予備のボックスを 1 つ注文し、試運転中に熱画像スキャンを実行します。これは、これらのスキャンによって最終端子のチェックと追跡が可能になるためです。同社はその後、同じ 690V AC 結合器ボックスを古い 10 MW プラントに適用し、85 MW ポートフォリオ全体にわたって同様の可用性の向上が期待されています。

業界の参考資料:

• IEC 62548:2016 太陽光発電 (PV) アレイ — 設計要件。 (出典: https://webstore.iec.ch/publication/62548)
• IEC 61643-11:2011 低電圧サージ保護装置 — パート 11: 低電圧電力システムに接続された SPD。 (出典: https://webstore.iec.ch/publication/61643-11)