提高光伏箱式逆變器的防沙塵等級

李亮亮，李方方，于江濤

（1.中國船舶重工集團公司第七一三研究所，鄭州450015；2.博世汽車部件（長沙）有限公司上海分公司，上海200335；3.安陽工學院，河南安陽455000）

引言

光伏箱式逆變器能將兩套500 kW逆變器、直流柜、配電箱和監控通訊等設備集中安裝在一個集裝箱單元內，完成光伏發電系統的并網控制、數據采集和遠程傳輸功能[1]。與傳統現場建造的逆變器集裝箱相比，光伏箱式逆變器具有成本低、安裝調試簡單、基建要求低、外形美觀等特點，適用于各類光伏發電站，特別是在荒漠、灘涂、高海拔、嚴寒、偏遠地區等復雜環境的大型光伏并網系統。此外，光伏箱式逆變器還因其配置模塊化、運輸方便、不易損壞、維護便捷等優點在國內外光伏發電站得到了迅速發展與普及。

某光伏電站位于新疆，該地區夏季最高溫度可達42℃，又地處沙漠邊緣地帶的戈壁灘，投入使用半年發現集裝箱與設備內都落有浮塵沙土，嚴重影響了逆變器正常運行，縮短了逆變器使用壽命，造成了經濟損失。鑒于該光伏電站所處的自然環境條件極其惡劣，亟需對集裝箱的防塵與通風這對矛盾體進行整改優化。

1 目標確定

根據集裝箱內設備的運行要求，光伏箱式逆變器工作時與外界直接接觸的通風口的防塵措施亟需整改，在不影響通風散熱的前提下，通風口的防沙塵等級應達到《外殼防護等級（IP代碼）（GB 4208-93）》中IP5X級，即集裝箱內有少量進沙，但不影響設備的正常運行。

2 原因分析

針對光伏箱式逆變器防塵等級偏低問題，在試驗現場對光伏箱式逆變器（如圖1）進行地毯式排查，從人員、機加、材料、方法、環境共5個方面歸納了9條造成此問題的末端因素，并據此繪制了樹圖，如圖2所示。

圖1 集裝箱內部及外部實物圖

圖2 光伏箱式逆變器的防塵等級偏低影響因素圖

3 要因確認

1）人員日常維護不到位

查閱記錄，電站維護人員按手冊規定執行，定期清理集裝箱內及防塵網上的沙塵，該因素是非要因。

2）設備出風口防雨罩處防塵網上下自由度未限制設備出風口處防雨罩處防塵網已經安裝上下限位螺釘，用手向上推動不移動。該因素是非要因。

3）抽插式框架自由間隙大

現場調查發現防塵網自由端有縫隙，如圖3所示，導致一部分風沙通過自由端縫隙進入箱體內部。該因素是要因。

圖3 抽插式防塵網安裝框架實物圖

4）防塵網材料PPI值大網眼大

現場將安裝防塵網的集裝箱門頁打開，發現防塵網上密布大量灰塵，而且周圍地面上堆積有大量沙塵。該防塵網材料為無紡布，該種材料網眼一般較小，沙塵易堵塞網眼，并且該材質強度較低，防塵效果差。該因素是要因。

5）門頁密封膠條不嚴

集裝箱的每個門沿邊緣安裝有集裝箱專用密封膠條，如圖4所示，門關上后，從集裝箱內向外看幾乎看不到有光線射入。該因素是非要因。

圖4 門頁密封膠條實物圖

6）抽風機處百葉窗漏沙

電站現場小風機防雨罩處安裝有陣列孔式的擋沙板，如圖5所示，而且內側鑲嵌有百葉窗，小風機正常工作時向外排風以排除集裝箱內的循環熱量，外部的沙塵不易進入集裝箱內。該因素是非要因。

圖5 抽風機處防雨罩實物圖

7）線纜進線孔密封差

電站現場調查發現設備自帶有滑移式防塵擋板，所有線纜進線孔都用安裝鈑金條網，作為聚攏防火泥的龍骨，然后通過設備叉車孔添加防火泥。該因素是非要因。

8）基礎百葉窗防塵措施差

電站現場調查發現基礎百頁窗上安裝有雙層防塵網，且基礎地面內沙塵分布面積不超過1∕3，沙塵厚度不超過1mm。該因素是非要因。

9）擺放方位處于常年主導風向的上風向

查看電站現場的施工圖及當地的氣象，發現基礎坐西朝東，處于常年主導風向的下風向。該因素是非要因。

據此總結光伏箱式逆變器防塵等級偏低的要因是：①防塵網材料PPI值大網眼大；②抽插式框架自由間隙大，如圖6所示。4

圖6 光伏箱式逆變器防塵等級偏低的要因

方案實施

1）選用防塵效果更好的防塵網

防塵網整改包括過濾網的材質、護網結構、安裝固定方式。調研發現聚氨酯過濾棉防塵網成功應用于其他光伏電站，該種材質PPI一般為30、40、50，由于30網眼大但孔少，50網眼小但孔多，所以選擇加裝PPI為50的聚氨酯防塵網，厚度為15 mm，結構尺寸接口需要與防塵網固定邊框相匹配，如圖7所示。該防塵網需要隔期清理，清理方式為在背風側用吹風機吹或拆卸下來用水清理。

圖7 聚氨酯防塵網

2）加裝模塊式防塵網框架，如圖8、圖9所示，使自由端邊縫最小化

圖9 防塵網框架安裝到門頁上的后的實物圖

圖8 防塵網邊框圖紙

5 效果檢查

2016年9月，已改造完成的光伏箱式逆變器在新疆運行滿半年后，對箱體內部進沙情況進行了檢查，發現箱體內部進沙量大幅減少，逆變器能夠正常工作且散熱情況良好，符合整改預期目標，即箱體內有少量進沙，但不影響逆變器正常工作，如圖10所示。

圖10 方案實施后進沙情況

6 結論

從人、機、料、法、環角度出發排查出光伏箱式逆變器防沙塵等級偏低的兩個要因是防塵網材料PPI值大網眼大和抽插式框架自由間隙大。將集裝箱的無紡布防塵網替換為聚氨酯過濾棉，以及加裝可以使自由端間隙最小化的模塊式的防塵網框架，實現了在苛刻的自然環境下，集裝箱的防沙塵效果最大化與通風散熱情況良好。此次整改不僅提高了逆變器、直流柜等設備的運行可靠性和環境適應性，而且降低了設備維護和風沙清理成本，同時為光伏箱式逆變器的應用和推廣提供了技術支持和實踐經驗。