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光伏电站熔断器故障分析

2015-5-28 11:45| 发布者: 有机硅测试技术| 查看: 20069| 评论: 0|原作者: 马勇

摘要: 摘要:当前,光伏电站普遍存在熔丝故障多、维护工作量大等问题。本文就光伏熔丝的失效机理、应用场景、保护原理与实践等通过理论分析与现场考察相结合,分析了直流熔丝应用于光伏电站的失效率、安全可靠性风险等,供 ...
3.4 熔丝在电站的失效率统计

       笔者利用走访电站的机会,与业主多次交流熔丝失效的问题收集了一些熔丝失效数据,经过汇总整理如下:

       备注:以上数据仅为熔丝失效数据,不包括因使用熔丝导致的端子、熔丝座烧毁等案例,熔丝方案的实际故障率应更高。

       根据熔丝失效率统计的数据,经过拟合分析,熔丝的失效率符合随工作年数逐年上升的趋势,5年以后失效率超过15%。

图10:熔丝失效拟合曲线

       光伏熔丝为什么会频繁失效,笔者认为熔丝老化致使通流能力下降是主要原因。在光伏应用中,昼夜温差大,每天一次的高低温循环会显著加速熔丝的热疲劳效应,降低熔丝的通流能力,缩短熔丝寿命。

3.5 熔丝失效造成的发电量损失

       熔丝一旦失效,那么这一串的发电量肯定就要损失了,更换的时间快,发电量损失的就少一些,更换的时间慢,发电量损失的就多一些。目前,国内大型地面电站更换熔丝的平均时间在15天左右(通讯断链或没有使用智能汇流箱,一个月才能检查一轮),山地电站时间更长,有个别项目甚至半年才会检查一次,发电量损失严重。当然也有几天完成的,前提是监控稳定,能够从后台清晰看到熔丝的状态。

       按照1MW子阵为单位,第五年开始因熔丝失效造成的发电量损失1.5%以上,假设电价为1元/kWh,每年将造成收益损失至少22500元。以熔丝市场价格12元每支进行计算,物料更换成本至少720元。

       注:计算单位为1M矩阵,200串组件,每串5KW配置

       上面表格中的数据并没有包含人工运维成本,若电站没有使用熔丝,无需更换熔丝这一项工作,每50MW能够减少一个运维人员的话,那么可节省开支7万多元,分摊到每MW也有1500元左右。人工运维成本,加上发电量损失,熔丝物料成本,每MW因熔丝失效每年将损失至少25000多元。100MW电站25年的损失将至少5500万,这还不包括因熔丝造成的着火事故损失,实际损失将更大。

4 总结

经过以上分析,笔者得出以下几条结论:

1) 熔丝方案增加了直流节点,经常出现熔丝盒、接线端子、线缆等烧毁的事故。
2) 熔丝在低倍过载电流情况下,熔断慢,发热高,存在着火风险。
3) 由于熔丝和组件之间存在保护空挡,熔丝并不能有效地保护组件。
4) 熔丝失效率逐年升高,5年以后失效率超过15%,发电量损失1.5%以上。
5) 100MW电站25年因熔丝失效造成的损失将至少5500万。

       在雾霾成为人们“心肺之患”的今天,变革传统能源结构,发展太阳能等清洁能源成了人们最急迫的呼声,光伏电站建设也迎来了前所未有的投资机遇。安全是光伏电站的命脉,也是取得投资回报的根基所在,特别是在山地、屋顶等与光伏结合的项目上,安全几乎是一票否决的原则问题。

       不管是集中式方案,还是集散式方案或部分组串式方案,因电站中使用大量的熔丝,埋下了安全隐患,易引发着火事故,成为光伏电站安全的“头号杀手”。使用熔丝可以降低成本,但熔丝的高失效率,不仅造成了高额的发电量损失,也为电站运维增加了难度,反而得不偿失。只有采用类似上文中提到的最多2串组件并联的组串式方案,才是安全的,无需熔丝进行保护。这种无熔丝的组串设计方案,不仅从源头解决了组件和线缆的保护问题,而且彻底根除了因使用熔丝带来的安全风险和失效损失,相信会是电站更好的选择。

参考文献

[1] 石颉, 李烨刚, 施海宁等. 熔断器熔断体老化失效的物理分析. 低压电器, 2010.
[2] 王季梅. 低压熔断器. 北京:机械工业出版社, 1979.
[3] 国家能源局. 关于光伏产业监测有关情况的会议通报, 2015.
[4] 吴庆云, 梁利娟. 太阳能光伏系统保护用熔断体标准分析. 低压电器, 2013.
[5] 刘滨. 光伏电站建设及运营管理分析. Silicon Valley, 2014.

作者:马勇,中国能源建设集团新疆电力设计院有限公司
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