最近走訪了西北格爾木多個(gè)電站,發(fā)現(xiàn)運(yùn)維人員普遍反映的一個(gè)頭疼問題—逆變器設(shè)備及逆變器房的積灰和灰塵清掃。這個(gè)問題顯然沒有被明顯重視,但卻給運(yùn)維帶來了非常大的工作量,特別是西北風(fēng)沙嚴(yán)重地區(qū),如甘肅、寧夏、青海等地區(qū)的大型地面電站,大量的人力、成本都耗費(fèi)在了處理風(fēng)沙和灰塵上。那么灰塵從哪兒來,堆積有多嚴(yán)重,究竟對(duì)電站有何影響,常規(guī)的清掃能否解決這個(gè)問題,本文就此做個(gè)簡要分析,拋磚引玉,與業(yè)內(nèi)專家一起探討分享。
一. 灰塵危害
1. 灰塵哪兒來?
很多人一打開逆變器房門,會(huì)為里面肆無忌憚的灰塵而感到吃驚!剛清掃完,為什么幾天后依舊“風(fēng)塵仆仆”呢?其實(shí),原因主要有二個(gè):一是常規(guī)的土建房或集裝箱式機(jī)房宣稱防護(hù)等級(jí)IP54,但因機(jī)房普遍采用直通風(fēng)式散熱方案,實(shí)際只能達(dá)到IP44或者更低,無法阻擋灰塵和腐蝕性氣體進(jìn)入逆變器。其進(jìn)風(fēng)口的冷卻風(fēng)扇,會(huì)不斷的從外界吸入氣體,形成循環(huán)以降低熱量。這樣空氣中的灰塵,沙塵,微粒,毛發(fā)等東西都被一起吸了進(jìn)來。整個(gè)房間自然變得灰頭土臉。我國大部分地面光伏電站集中在西北地區(qū),該地區(qū)自然環(huán)境惡劣,經(jīng)常發(fā)生沙塵暴,實(shí)際情況更加嚴(yán)重。第二則是靜電,逆變器本身也帶有冷卻風(fēng)扇,也會(huì)將房間內(nèi)的沙塵吸附進(jìn)機(jī)箱內(nèi)部?;覊m被機(jī)箱內(nèi)部的電子設(shè)備產(chǎn)生的靜電所吸附。因此,可以看見逆變器房以及房間內(nèi)的電子設(shè)備、電器元件及風(fēng)扇周圍都吸附了大量的灰塵。
圖1:西北某電站逆變器房灰塵景象1 圖2: 西北某電站逆變器房灰塵景象2
2. 危害
那么灰塵的堆積,對(duì)我們的設(shè)備有什么危害呢?經(jīng)過調(diào)查幾個(gè)國內(nèi)集中式大功率逆變器電站情況,我們發(fā)現(xiàn),很多逆變器在使用一段時(shí)間后,容易出現(xiàn)關(guān)機(jī),控制失效,內(nèi)部異常打火失效,嚴(yán)重的還會(huì)出現(xiàn)起火燃燒,造成重大的財(cái)產(chǎn)損失。分析問題起因,大部分同灰塵相關(guān)。最近西北電站出現(xiàn)的集裝箱逆變器房火災(zāi),主要原因就是因?yàn)榛覊m堆積造成散熱不良引起的。
灰塵普遍存在于空氣中,能夠引起印制板組裝的失效或?qū)е聝?nèi)部接觸器接觸不良。由于這種灰塵顆粒細(xì)小,現(xiàn)階段,采用常規(guī)的技術(shù)不可能被機(jī)房或設(shè)備防塵網(wǎng)徹底過濾。所有垂直表面沉積的這些精細(xì)微粒,一般直徑0.5um,組成了設(shè)備內(nèi)部主要的污染物。
下面我們來具體分析下灰塵對(duì)逆變器有哪些危害。
圖3:設(shè)備失效后內(nèi)部積塵情況 圖4:設(shè)備上風(fēng)扇部積塵情況
在干燥的空氣情況下,阻抗一般較高,失效不表現(xiàn)。如果在雨霧天,天氣濕度大的情況下,灰塵吸濕后變?yōu)闈駢m,此時(shí)濕塵表現(xiàn)較強(qiáng)的導(dǎo)電活性。在PCB或元器件間形成漏電效應(yīng),造成信號(hào)的異常或高壓拉弧打火,還有可能造成電網(wǎng)對(duì)PE的短路。有些PCB雖然進(jìn)行了三防漆防護(hù),但三防漆的涂覆后,還是在元器件的管腳、邊緣位置形成針眼,濕塵還是能影響電氣特性,導(dǎo)致逆變器失效,異常關(guān)機(jī)或炸毀。
圖5:表面絕緣電阻降低vs相對(duì)濕度
2)腐蝕失效
大霧、下雨天等濕度大的天氣下,逆變器內(nèi)部形成的濕塵還有另一個(gè)危害,就是會(huì)腐蝕設(shè)備內(nèi)部的電子元器件。單板或PCB元器件在濕度增加,濕塵達(dá)到一定的條件下,濕塵中的酸根和金屬離子變得異?;钴S,成一定酸性或堿性,容易對(duì)PCB的銅,焊錫,器件端頭形成腐蝕效應(yīng)。引起設(shè)備工作異常。
3)散熱差失效
積灰導(dǎo)致防塵網(wǎng)堵塞、散熱器散熱性能變差,大功耗器件溫度急劇上升,引起溫度告警,風(fēng)扇轉(zhuǎn)速升高,噪聲增大,更嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部IGBT器件損壞,設(shè)備不斷重啟,甚至燒壞。
圖6:逆變器防塵網(wǎng)積灰
二. 運(yùn)維量大,成本可觀
筆者與西北幾個(gè)電站的運(yùn)維人員就沙塵問題進(jìn)行了深入交流。運(yùn)維人員對(duì)灰塵風(fēng)沙的問題,叫苦不迭,怨聲載道。
以格爾木某電站實(shí)際情況為例,目前每臺(tái)逆變器大機(jī)要求每月要清理一次灰塵,對(duì)于大型地面電站來說,實(shí)際每三個(gè)月才能清潔一次,原因是他們團(tuán)隊(duì)每晚只能清潔十臺(tái)左右,300MW電站清理一遍至少需要三個(gè)月,更為嚴(yán)重的是,剛清理完畢,過幾周,依然如故。因此,需要一年365天不斷循環(huán)的進(jìn)行灰塵沙塵的清掃工作。
1. 防塵網(wǎng)清潔
防塵網(wǎng)可有效改善設(shè)備的積塵情況,但不能完全阻擋灰塵進(jìn)入。集裝箱和逆變器防塵網(wǎng)一般采用G4等級(jí)或者50PPI濾網(wǎng);逆變器在白天工作時(shí),大功率風(fēng)扇高轉(zhuǎn)速,將外部灰塵帶入機(jī)房內(nèi)部,其中部分顆粒堆積在機(jī)房地上,部分堵在防塵網(wǎng),部分細(xì)的灰塵顆粒還是進(jìn)入到機(jī)柜內(nèi)部。在西北風(fēng)沙地區(qū),2~3個(gè)月內(nèi)就需要更換或清潔濾網(wǎng);一旦維護(hù)和清理不及時(shí),防塵網(wǎng)堵塞會(huì)造成機(jī)房進(jìn)風(fēng)量較少,散熱急劇惡化,機(jī)房溫度升高。逆變器由于散熱不良而導(dǎo)致輸出功率降低,甚至關(guān)機(jī),如果降額和保護(hù)機(jī)制不健全,也有可能導(dǎo)致燒機(jī)甚至火災(zāi)事件。
當(dāng)機(jī)房防塵環(huán)境較差時(shí),除塵頻率應(yīng)提高。同時(shí)除塵還需要專業(yè)的人員,防止對(duì)內(nèi)部單板或電氣等造成損傷。每臺(tái)集裝箱或機(jī)房防塵網(wǎng)維護(hù)時(shí)間>0.5小時(shí), 2個(gè)月一次的防塵網(wǎng)維護(hù),意味著電站需要配置專門人員長期維護(hù)防塵網(wǎng)。
2. 機(jī)房清掃
大機(jī)內(nèi)部清掃運(yùn)維的頻率,根據(jù)實(shí)際情況來維護(hù);平均1個(gè)月1次。同時(shí)根據(jù)西北沙塵暴天氣情況,可能每刮一次沙塵暴都需要維護(hù)。
清潔時(shí),逆變器前后門需要拆開;防護(hù)蓋板需要拆開,各個(gè)廠家結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不一樣,門板和防護(hù)蓋板拆開非常困難,需要專業(yè)技能的工作人員,而不能簡單的外包給清潔公司。某廠家逆變器為例,光擰螺絲就要30多個(gè),工作量大。拆卸也需要特別的工具,裝的不好,容易打火。同時(shí)頻繁的拆卸,增加了故障隱患。
另外,白天要發(fā)電;清掃拆卸只能晚上進(jìn)行。夏天蚊子多,冬天又太冷,大家知道像寧夏、新疆等地區(qū)冬天零下20幾度是很正常的。工作人員凍的手腳不太靈活,清掃工作需要耗費(fèi)大量時(shí)間和人力。就像上文說到的,以300M光伏電站為例,10個(gè)人,平均一晚上拆裝和清掃逆10臺(tái);300MW共需要3個(gè)月。有些設(shè)備局部地方,不能用掃帚,需要用專業(yè)工具如空氣泵吹凈灰塵。而3個(gè)月周期太長,需要增加更多的人力來進(jìn)行清掃維護(hù),才能保障機(jī)房和設(shè)備的工作。并且光伏電站建設(shè)區(qū)域遠(yuǎn)離城市與鄉(xiāng)村,野外運(yùn)維清掃工作諸多不便。
在西北電站,夏天一個(gè)普遍的現(xiàn)象是,開門降溫。逆變器房門一開,熱浪涌動(dòng),溫度高達(dá)50多度,而室外溫度只有30多度,最快的降溫措施就是開門散熱,一開就是一整天。但是,隨之帶來的就是大量的風(fēng)沙會(huì)吹到逆變器房內(nèi),從而進(jìn)一步給設(shè)備造成了嚴(yán)重影響,沙塵灰塵的清掃工作就更頻繁。
3. 成本
按照100MW電站項(xiàng)目為例,10人一天只能清掃10臺(tái)機(jī)器。100MW共有200臺(tái)機(jī)器。根據(jù)西北電站實(shí)際情況,每個(gè)月至少清掃一次。100MW電站清掃一遍,正好需要20個(gè)工作日(1個(gè)月)。按照此頻率,1人1天需300元,10人1天,需要3000元,按照1個(gè)月20工作日計(jì)算,一年光人力費(fèi)用就至少達(dá)到3000*20*12=72萬。在電站的生命周期25年內(nèi),共需要25*72=1800萬元,相當(dāng)于這塊的光人力清掃費(fèi)用就達(dá)到0.18元/W。 這個(gè)成本是相當(dāng)驚人的。如進(jìn)一步考慮25年內(nèi)人力成本的上升和通脹因素,實(shí)際所付出的費(fèi)用要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于這個(gè)數(shù)值。
另外,防塵網(wǎng)每隔1-2個(gè)月需要進(jìn)行更換。還有專業(yè)的清洗工具采購和折舊,均給電站運(yùn)維帶來了實(shí)際的成本和困難。
三. 總結(jié)
綜上所述,集中式逆變器房的灰塵沙塵問題,是大自然對(duì)集中式逆變器的一大考驗(yàn),增加了設(shè)備故障隱患,同時(shí)也給電站運(yùn)維帶來了大量成本和困難。在電站的25年生命周期內(nèi),為此付出的人力、物力及無形的發(fā)電量損失等都是相當(dāng)可觀的,甚至可能超過設(shè)備本身價(jià)值。雖然部分逆變器房在設(shè)計(jì)時(shí)通過加裝防風(fēng)沙百葉窗或更高等級(jí)的防塵設(shè)計(jì),一定程度和時(shí)間內(nèi)對(duì)防灰防沙做了改善。但西北風(fēng)沙地區(qū),情況還是比較嚴(yán)重,大量的灰塵清掃工作,治標(biāo)不治本,不能從根本上杜絕灰塵的進(jìn)入。業(yè)主在投資光伏電站時(shí),需要考慮初始建設(shè)成本,但更應(yīng)注重產(chǎn)品的長期壽命、安全和運(yùn)維總成本,集中式逆變器房沙灰塵問題,已經(jīng)越來越嚴(yán)重影響到電站的長期可靠運(yùn)行。因此首先選擇合適的品牌逆變器廠家解決方案尤為關(guān)鍵。又或者我們能否更主動(dòng)的尋求解決辦法,將灰塵抵御在逆變器外部,而不是被動(dòng)的去清掃沙塵呢?這些問題值得我們深思!
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