關于降低直流匯流箱熔斷器故障率的技改方案研究

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流箱進線側，經(jīng)匯流后正負極分別接入集中式逆變器直流側正負極。文章介紹了燕子嶺光伏電站自2017年電站投運至今，匯流箱的直流熔斷器陸續(xù)出現(xiàn)較多的故障，對故障進行了分析，并提出了解決方案，從而達到減少光伏電站直流支路故障率，提高發(fā)電量的目的。

關鍵詞：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容量100MWp，安裝有1104個匯流箱，有大約33120個熔斷器底座和33120個直流熔斷器。自2017年電站投運至今，匯流箱的直流熔斷器陸續(xù)出現(xiàn)較多的故障，經(jīng)統(tǒng)計分析，主要是直流熔斷器發(fā)熱燒毀，導致熔斷器底座發(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，占用了運維人員的較大工作時間，不利于我司的精簡人員的發(fā)展方針。因此，針對以上的問題，經(jīng)過對原匯流箱的熔斷器結構設計原理分析，我們在保證同樣保護功能前提下，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，通過對故障直流熔斷器檢查，直流熔斷器導電部分的熔斷器帽已嚴重氧化變色，在發(fā)電時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)部的接觸導體屬于合金鋼（如圖3所示），不是銅導體，因此，接觸導體材料較差導致在正常發(fā)電過程中容易發(fā)熱。

此外，在檢查故障匯流箱時，發(fā)現(xiàn)由于熔斷器卡座壓緊彈簧片經(jīng)過多次開閉后，容易出現(xiàn)受力疲勞，導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軌式底座設計工藝存在問題，部分熔斷器閉合不完全，導致接觸電阻過大而局部發(fā)熱嚴重。

綜合上述的研究分析，并經(jīng)與廠家技術人員研討后，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體的材料較差以及熔斷器卡座設計工藝不可靠。

3.技術改造方案

根據(jù)上述的原因分析，我們要求廠家對原匯流箱進行以下方面的改造：

3.1熔斷器及接觸導體的材料的更換

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

3.2原導軌式底座機構的改造

熔斷器的原導軌式底座隨著使用時間會出現(xiàn)卡扣受力疲勞，容易出現(xiàn)接觸不良導致接觸電阻升高發(fā)熱，因此建議采用螺栓連接式結構，取消導軌式底座結構。但是采用螺栓式結構會導致日常檢查時出現(xiàn)螺絲松緊繁瑣，因此應采取帶指示燈的熔斷器，當該熔斷器發(fā)生熔斷時，其指示燈自動熄滅，有助于日常檢查快速發(fā)現(xiàn)問題。

3.3匯流箱的熔斷器方案設計改造

根據(jù)匯流箱的結構原理和日常運維檢修的保護操作規(guī)程，我們從故障根源上創(chuàng)新地提出將負極的熔斷器及其底座全部取消的新型設計方案。該方案取消負極側熔斷器及其底座后，將原負極母排與組串支路的負極通過螺栓和軟銅線進行連接，具體如圖4所示：

經(jīng)過上述改造后，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)支路仍具有過流的保護，仍滿足設備的安全使用要求，因此，本方案原則上是可實施的。

4.經(jīng)濟性評價

4.1電量損失分析

自電站投運至今，匯流箱熔斷器故障已更換3300個支路直流熔斷器。目前至少有450條支路故障直流熔斷器未能及時處理，且由于故障發(fā)生率已超過了故障的處理速度，導致電站損失的電量較多，運營壓力較大。

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，材料總費用是：1500*10=1.5萬元

4.3運維成本分析

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

1500÷4÷3÷2=62.5天

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

5.研究總結

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

參考文獻：

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