集中式光伏逆变器房运维痛点之“灰尘”

作者：中利腾晖光伏科技有限公司 陆孝义导读：据统计，截止2013年底，全国22个主要省市已经累计并网共741个大型光伏发电项目，主要分布在我国西北地区。累计装机容量排名前五的省份分别为甘肃、青海、新疆、宁夏和内蒙古。这5省之和约占全国光伏电站总量的80%。而这5省又恰恰是风沙灰尘严重的地区。也就是说，大部分光伏电站的应用环境还是非常恶劣的。最近走访了西北格尔木多个电站，发现运维人员普遍反映的一个头疼问题—逆变器设备及逆变器房的积灰和灰尘清扫。这个问题显然没有被明显重视，但却给运维带来了非常大的工作量，特别是西北风沙严重地区，如甘肃、宁夏、青海等地区的大型地面电站，大量的人力、成本都耗费在了处理风沙和灰尘上。那么灰尘从哪儿来，堆积有多严重，究竟对电站有何影响，常规的清扫能否解决这个问题，本文就此做个简要分析，抛砖引玉，与业内专家一起探讨分享。一．灰尘危害1.灰尘哪儿来？很多人一打开逆变器房门，会为里面肆无忌惮的灰尘而感到吃惊！刚清扫完，为什么几天后依旧“风尘仆仆”呢？其实，原因主要有二个：一是常规的土建房或集装箱式机房宣称防护等级IP54，但因机房普遍采用直通风式散热方案，实际只能达到IP44或者更低，无法阻挡灰尘和腐蚀性气体进入逆变器。其进风口的冷却风扇，会不断的从外界吸入气体，形成循环以降低热量。这样空气中的灰尘，沙尘，微粒，毛发等东西都被一起吸了进来。整个房间自然变得灰头土脸。我国大部分地面光伏电站集中在西北地区，该地区自然环境恶劣，经常发生沙尘暴，实际情况更加严重。第二则是静电，逆变器本身也带有冷却风扇，也会将房间内的沙尘吸附进机箱内部。灰尘被机箱内部的电子设备产生的静电所吸附。因此，可以看见逆变器房以及房间内的电子设备、电器元件及风扇周围都吸附了大量的灰尘。2.危害那么灰尘的堆积，对我们的设备有什么危害呢？经过调查几个国内集中式大功率逆变器电站情况，我们发现，很多逆变器在使用一段时间后，容易出现关机，控制失效，内部异常打火失效，严重的还会出现起火燃烧，造成重大的财产损失。分析问题起因，大部分同灰尘相关。最近西北电站出现的集装箱逆变器房火灾，主要原因就是因为灰尘堆积造成散热不良引起的。灰尘普遍存在于空气中，能够引起印制板组装的失效或导致内部接触器接触不良。由于这种灰尘颗粒细小，现阶段，采用常规的技术不可能被机房或设备防尘网彻底过滤。所有垂直表面沉积的这些精细微粒，一般直径0.5um，组成了设备内部主要的污染物。下面我们来具体分析下灰尘对逆变器有哪些危害。1）漏电失效在干燥的空气情况下，阻抗一般较高，失效不表现。如果在雨雾天，天气湿度大的情况下，灰尘吸湿后变为湿尘，此时湿尘表现较强的导电活性。在PCB或元器件间形成漏电效应，造成信号的异常或高压拉弧打火，还有可能造成电网对PE的短路。有些PCB虽然进行了三防漆防护，但三防漆的涂覆后，还是在元器件的管脚、边缘位置形成针眼，湿尘还是能影响电气特性，导致逆变器失效，异常关机或炸毁。2）腐蚀失效大雾、下雨天等湿度大的天气下，逆变器内部形成的湿尘还有另一个危害，就是会腐蚀设备内部的电子元器件。单板或PCB元器件在湿度增加，湿尘达到一定的条件下，湿尘中的酸根和金属离子变得异常活跃，成一定酸性或碱性，容易对PCB的铜，焊锡，器件端头形成腐蚀效应。引起设备工作异常。3）散热差失效积灰导致防尘网堵塞、散热器散热性能变差，大功耗器件温度急剧上升，引起温度告警，风扇转速升高，噪声增大，更严重会导致内部IGBT器件损坏，设备不断重启，甚至烧坏。二．运维量大，成本可观笔者与西北几个电站的运维人员就沙尘问题进行了深入交流。运维人员对灰尘风沙的问题，叫苦不迭，怨声载道。 以格尔木某电站实际情况为例，目前每台逆变器大机要求每月要清理一次灰尘，对于大型地面电站来说，实际每三个月才能清洁一次，原因是他们团队每晚只能清洁十台左右，300MW电站清理一遍至少需要三个月，更为严重的是，刚清理完毕，过几周，依然如故。因此，需要一年365天不断循环的进行灰尘沙尘的清扫工作。1.防尘网清洁防尘网可有效改善设备的积尘情况，但不能完全阻挡灰尘进入。集装箱和逆变器防尘网一般采用G4等级或者50PPI滤网；逆变器在白天工作时，大功率风扇高转速，将外部灰尘带入机房内部，其中部分颗粒堆积在机房地上，部分堵在防尘网，部分细的灰尘颗粒还是进入到机柜内部。在西北风沙地区，2~3个月内就需要更换或清洁滤网；一旦维护和清理不及时，防尘网堵塞会造成机房进风量较少，散热急剧恶化，机房温度升高。逆变器由于散热不良而导致输出功率降低，甚至关机，如果降额和保护机制不健全，也有可能导致烧机甚至火灾事件。当机房防尘环境较差时，除尘频率应提高。同时除尘还需要专业的人员，防止对内部单板或电气等造成损伤。每台集装箱或机房防尘网维护时间>0.5小时， 2个月一次的防尘网维护，意味着电站需要配置专门人员长期维护防尘网。2.机房清扫大机内部清扫运维的频率，根据实际情况来维护；平均1个月1次。同时根据西北沙尘暴天气情况，可能每刮一次沙尘暴都需要维护。清洁时，逆变器前后门需要拆开；防护盖板需要拆开，各个厂家结构设计不一样，门板和防护盖板拆开非常困难，需要专业技能的工作人员，而不能简单的外包给清洁公司。某厂家逆变器为例，光拧螺丝就要30多个，工作量大。拆卸也需要特别的工具，装的不好，容易打火。同时频繁的拆卸，增加了故障隐患。另外，白天要发电；清扫拆卸只能晚上进行。夏天蚊子多，冬天又太冷，大家知道像宁夏、新疆等地区冬天零下20几度是很正常的。工作人员冻的手脚不太灵活，清扫工作需要耗费大量时间和人力。就像上文说到的，以300M光伏电站为例，10个人，平均一晚上拆装和清扫逆10台；300MW共需要3个月。有些设备局部地方，不能用扫帚，需要用专业工具如空气泵吹净灰尘。而3个月周期太长，需要增加更多的人力来进行清扫维护，才能保障机房和设备的工作。并且光伏电站建设区域远离城市与乡村，野外运维清扫工作诸多不便。在西北电站，夏天一个普遍的现象是，开门降温。逆变器房门一开，热浪涌动，温度高达50多度，而室外温度只有30多度，最快的降温措施就是开门散热，一开就是一整天。但是，随之带来的就是大量的风沙会吹到逆变器房内，从而进一步给设备造成了严重影响，沙尘灰尘的清扫工作就更频繁。3.成本按照100MW电站项目为例，10人一天只能清扫10台机器。100MW共有200台机器。根据西北电站实际情况，每个月至少清扫一次。100MW电站清扫一遍，正好需要20个工作日（1个月）。按照此频率，1人1天需300元，10人1天，需要3000元，按照1个月20工作日计算，一年光人力费用就至少达到3000*20*12=72万。在电站的生命周期25年内，共需要25*72=1800万元，相当于这块的光人力清扫费用就达到0.18元/W。 这个成本是相当惊人的。如进一步考虑25年内人力成本的上升和通胀因素，实际所付出的费用要远远高于这个数值。另外，防尘网每隔1-2个月需要进行更换。还有专业的清洗工具采购和折旧，均给电站运维带来了实际的成本和困难。三．总结综上所述，集中式逆变器房的灰尘沙尘问题，是大自然对集中式逆变器的一大考验，增加了设备故障隐患，同时也给电站运维带来了大量成本和困难。在电站的25年生命周期内，为此付出的人力、物力及无形的发电量损失等都是相当可观的，甚至可能超过设备本身价值。虽然部分逆变器房在设计时通过加装防风沙百叶窗或更高等级的防尘设计，一定程度和时间内对防灰防沙做了改善。但西北风沙地区，情况还是比较严重，大量的灰尘清扫工作，治标不治本，不能从根本上杜绝灰尘的进入。业主在投资光伏电站时，需要考虑初始建设成本，但更应注重产品的长期寿命、安全和运维总成本，集中式逆变器房沙灰尘问题，已经越来越严重影响到电站的长期可靠运行。因此首先选择合适的品牌逆变器厂家解决方案尤为关键。又或者我们能否更主动的寻求解决办法，将灰尘抵御在逆变器外部，而不是被动的去清扫沙尘呢？这些问题值得我们深思！