淺談光伏電站SVG裝置通風散熱的技術改造

楊洪雷

（上海申能投資發展有限公司）

0 引言

動態無功補償裝置（SVG）具有動態補償諧波和功率因數、提高線路輸電穩定性和電壓穩定性、節能降耗的作用，是新能源電站所必需的主要電氣設備之一。《國家電網“十四五”規劃》中明確提出動態無功補償裝置（SVG）是國家電網未來新技術應用的發展方向，無功補償設備的智能化改造在智能電網發展規劃和建設中已經成為必然趨勢。

自2018年7月以來，位于新疆維吾爾自治區克拉瑪依市烏爾禾區的某光伏電站SVG裝置IGBT模塊先后發生4次損壞。國家能源局西北監管局發布的《西北區域發電廠并網運行管理實施細則》及《西北區域并網發電廠輔助服務管理實施細則》規定，電站無功補償裝置月整體可用率應達到90%以上，每降低1%按5分／月進行考核，由于該SVG裝置IGBT模塊采購及更換周期較長，導致SVG裝置長期停運，月度整體可用率較低，在增加電站運行不穩定性的同時，也加大了被當地電網公司考核的風險。

1 裝置故障原因分析

經現場設備檢查和對報文數據進行技術分析，該SVG裝置頻繁故障的原因為SVG裝置長時間處于高溫條件下，室內通風散熱不良導致IGBT功率模塊長期在高溫條件下運行［1］，易造成光纖通道受阻、光纖斷裂、控制模塊損壞及IGBT模塊損壞等因素，繼而發生軟起充電超時故障，控制模塊在規定時間內無法采集到模塊電壓，最終造成SVG裝置故障跳閘。

2 原SVG裝置存在的問題

（1）夏季環境溫度過高

電站所在地區夏季高溫天氣較多，室外空氣溫度可達45℃，地表溫度可達80℃，4次IGBT模塊故障均發生于夏季環境高溫時段，而SVG柜體為金屬外殼集裝箱式（見圖1），極易吸收環境熱量，造成柜體內溫度升高，從而造成IGBT模塊過溫故障。

圖1 SVG裝置外觀

（2）SVG裝置室內空間過小

現場SVG裝置為特變西科廠家早期生產的撬裝一體化設備（容量±6Mvar），放置于空間狹小的集裝箱內。運行時設備產生大量熱量，如果不采取強制散熱措施，設備模塊處溫度可達120℃以上。

（3）SVG裝置室風道出口朝向與主風向相反

根據氣象數據分析，烏爾禾地區主風向為西風，SVG室散熱通道方向為東側進風西側出風，SVG室散熱通道方向與環境主風向相反，造成東側進風口為負壓，進風困難，同時西側出風口為強壓，出風困難，從而SVG室散熱通道空氣流量不足，散熱不充分［2］。

（4）軸流風機功率較小

SVG裝置室內布置有三臺軸流風機，但是功率較小，且入風口防塵濾網的防塵棉較厚，室內空氣對流緩慢、空氣擾動較小，即通風冷卻系統設計不合理，空氣流動性較差，降溫能力較低，多次造成模塊溫度超過105℃保護設定值過溫告警，繼而設備過溫保護跳閘停運。

（5）當地灰塵較大，多次發生沙塵暴、揚沙天氣，導致SVG裝置濾網積灰較快且較厚

由于該電站地處偏遠，運維管理以遠程集中管理為主，現場運維人員較少，對設備的清洗頻次低且清洗不及時，防塵網積灰清洗情況較差，通風散熱不暢。

3 SVG裝置通風散熱解決方法

根據現場設備、場地條件、環境氣候等實際情況，擬通過更換安裝大功率風機、改變風道、重新涂抹導熱介質和增加SVG裝置清洗頻次的措施，以解決SVG裝置散熱不佳的問題。

3.1 更換軸流風機設備和改造風道

原SVG裝置采用三臺軸流風機運行散熱，根據該風機銘牌數據和現場SVG裝置尺寸測量，風機功率為1280W，容量為6Mvar，功率和容量負荷較大，故更換為兩臺功率較大的離心負壓風機進行通風散熱。

（1）風道排風口方向及尺寸

為契合現場風向，通過改造風道將排風口引向正東方向，具體尺寸如圖2和圖3所示。

圖2 風道排風口尺寸

圖3 風道排風口尺寸

（2）風機選型依據

風機選用三相2750W離心負壓風機共計兩臺運行，單臺風機排風量為12700m3／h，風機轉速1385r／min，最大靜壓975Pa。

由此可計算出單臺風機排出熱量（H）＝比熱（cp）×重量（W）×容器允許溫升（ΔTc）＝0.24×4233×40Kcal＝40640Kcal。

集裝箱長×寬×高為5m×2.5m×3m，體積為37.5m3，根據其他電站同等容量（±6Mvar）SVG裝置及等體積集裝箱的風機作為選型參照依據，該風機功率與現場裝置通風散熱需求相匹配。

（3）風機控制方式

為保證SVG風機控制方式不變，可根據現場實際要求加裝接觸器增加觸電容量、風機變頻調速器等措施實現［3］，其中風機變頻調速器具有容易操作、控制精度較高、性能較高、不用進行維護等多個優點。保持其他條件恒定不變，若改變異步電動機定子端輸入電源頻率，電動機的轉速將隨之改變是風機變頻調速技術的基本工作原理。電機轉速和工作電源輸入頻率成正比的關系：

式中，n為電機轉速；f為電機頻率；s為電機轉差率；p為電機極對數。

由上式可知，電機轉速n與頻率f成正比，若改變電動機頻率f即可改變轉速，當電動機頻率f在0～50Hz的范圍變化時，電動機轉速調節范圍非常寬，即變頻調速器可以通過改變電動機電源頻率從而實現速度的調節。

3.2 涂抹導熱硅脂

根據現場的故障模塊分析，SVG裝置已投入運行4年，原有IGBT模塊導熱硅脂長時間在高溫環境下使用（當地環境溫度及運行溫度相對較高），已出現受熱流動、變色、劣化現象，IGBT模塊與散熱器存在縫隙無法緊密結合［4］，因此IGBT模塊運行熱量無法有效傳遞至散熱器通過散熱器傳遞出去，從而導致SVG高溫故障頻率較高。

為提高IGBT模塊散熱媒介的性能，增強熱傳導效率，擬對所有IGBT模塊重新涂抹導熱硅脂。

散熱風機改造和涂抹導熱硅脂完成后，由SVG設備廠家技術人員遠程指導現場運維人員，對SVG裝置所有模塊進行沖壓試驗［5］，試驗后若SVG裝置所有模塊沖壓正常，無信號斷開等問題發生，經SVG設備廠家技術人員確認無誤后，由現場運維人員將SVG裝置投入運行。

3.3 增加SVG裝置清潔頻次

督促現場運維人員合理增加SVG裝置清潔頻次，由原來的SVG裝置每月清潔一次改為每周清潔一次，做到全方位、無死角的系統性清潔，保持風道濾網、通風口的通風順暢，從而大大延長SVG裝置的使用壽命。清潔時間安排在光伏電站不運行發電的晚間進行，同時做好帶電設備的投切轉換和安全技術交底。

4 結束語

由于光伏電站SVG室通風散熱不良的問題導致IGBT模塊多次損壞，SVG長期不能投運，給電站的安全平穩運行造成了巨大的風險。本文分析了SVG室通風散熱不良的幾點主要原因，并提供了較為詳細的整改方案，希望通過本方案的具體實施，能夠徹底解決電站SVG裝置存在的散熱不良問題。