提高光伏箱式逆變器的防沙塵等級(jí)

李亮亮，李方方，于江濤

（1.中國船舶重工集團(tuán)公司第七一三研究所，鄭州450015；2.博世汽車部件（長沙）有限公司上海分公司，上海200335；3.安陽工學(xué)院，河南安陽455000）

引言

光伏箱式逆變器能將兩套500 kW逆變器、直流柜、配電箱和監(jiān)控通訊等設(shè)備集中安裝在一個(gè)集裝箱單元內(nèi)，完成光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)控制、數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程傳輸功能[1]。與傳統(tǒng)現(xiàn)場建造的逆變器集裝箱相比，光伏箱式逆變器具有成本低、安裝調(diào)試簡單、基建要求低、外形美觀等特點(diǎn)，適用于各類光伏發(fā)電站，特別是在荒漠、灘涂、高海拔、嚴(yán)寒、偏遠(yuǎn)地區(qū)等復(fù)雜環(huán)境的大型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)。此外，光伏箱式逆變器還因其配置模塊化、運(yùn)輸方便、不易損壞、維護(hù)便捷等優(yōu)點(diǎn)在國內(nèi)外光伏發(fā)電站得到了迅速發(fā)展與普及。

某光伏電站位于新疆，該地區(qū)夏季最高溫度可達(dá)42℃，又地處沙漠邊緣地帶的戈壁灘，投入使用半年發(fā)現(xiàn)集裝箱與設(shè)備內(nèi)都落有浮塵沙土，嚴(yán)重影響了逆變器正常運(yùn)行，縮短了逆變器使用壽命，造成了經(jīng)濟(jì)損失。鑒于該光伏電站所處的自然環(huán)境條件極其惡劣，亟需對(duì)集裝箱的防塵與通風(fēng)這對(duì)矛盾體進(jìn)行整改優(yōu)化。

1 目標(biāo)確定

根據(jù)集裝箱內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行要求，光伏箱式逆變器工作時(shí)與外界直接接觸的通風(fēng)口的防塵措施亟需整改，在不影響通風(fēng)散熱的前提下，通風(fēng)口的防沙塵等級(jí)應(yīng)達(dá)到《外殼防護(hù)等級(jí)（IP代碼）（GB 4208-93）》中IP5X級(jí)，即集裝箱內(nèi)有少量進(jìn)沙，但不影響設(shè)備的正常運(yùn)行。

2 原因分析

針對(duì)光伏箱式逆變器防塵等級(jí)偏低問題，在試驗(yàn)現(xiàn)場對(duì)光伏箱式逆變器（如圖1）進(jìn)行地毯式排查，從人員、機(jī)加、材料、方法、環(huán)境共5個(gè)方面歸納了9條造成此問題的末端因素，并據(jù)此繪制了樹圖，如圖2所示。

圖1 集裝箱內(nèi)部及外部實(shí)物圖

圖2 光伏箱式逆變器的防塵等級(jí)偏低影響因素圖

3 要因確認(rèn)

1）人員日常維護(hù)不到位

查閱記錄，電站維護(hù)人員按手冊(cè)規(guī)定執(zhí)行，定期清理集裝箱內(nèi)及防塵網(wǎng)上的沙塵，該因素是非要因。

2）設(shè)備出風(fēng)口防雨罩處防塵網(wǎng)上下自由度未限制設(shè)備出風(fēng)口處防雨罩處防塵網(wǎng)已經(jīng)安裝上下限位螺釘，用手向上推動(dòng)不移動(dòng)。該因素是非要因。

3）抽插式框架自由間隙大

現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)防塵網(wǎng)自由端有縫隙，如圖3所示，導(dǎo)致一部分風(fēng)沙通過自由端縫隙進(jìn)入箱體內(nèi)部。該因素是要因。

圖3 抽插式防塵網(wǎng)安裝框架實(shí)物圖

4）防塵網(wǎng)材料PPI值大網(wǎng)眼大

現(xiàn)場將安裝防塵網(wǎng)的集裝箱門頁打開，發(fā)現(xiàn)防塵網(wǎng)上密布大量灰塵，而且周圍地面上堆積有大量沙塵。該防塵網(wǎng)材料為無紡布，該種材料網(wǎng)眼一般較小，沙塵易堵塞網(wǎng)眼，并且該材質(zhì)強(qiáng)度較低，防塵效果差。該因素是要因。

5）門頁密封膠條不嚴(yán)

集裝箱的每個(gè)門沿邊緣安裝有集裝箱專用密封膠條，如圖4所示，門關(guān)上后，從集裝箱內(nèi)向外看幾乎看不到有光線射入。該因素是非要因。

圖4 門頁密封膠條實(shí)物圖

6）抽風(fēng)機(jī)處百葉窗漏沙

電站現(xiàn)場小風(fēng)機(jī)防雨罩處安裝有陣列孔式的擋沙板，如圖5所示，而且內(nèi)側(cè)鑲嵌有百葉窗，小風(fēng)機(jī)正常工作時(shí)向外排風(fēng)以排除集裝箱內(nèi)的循環(huán)熱量，外部的沙塵不易進(jìn)入集裝箱內(nèi)。該因素是非要因。

圖5 抽風(fēng)機(jī)處防雨罩實(shí)物圖

7）線纜進(jìn)線孔密封差

電站現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)設(shè)備自帶有滑移式防塵擋板，所有線纜進(jìn)線孔都用安裝鈑金條網(wǎng)，作為聚攏防火泥的龍骨，然后通過設(shè)備叉車孔添加防火泥。該因素是非要因。

8）基礎(chǔ)百葉窗防塵措施差

電站現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)百頁窗上安裝有雙層防塵網(wǎng)，且基礎(chǔ)地面內(nèi)沙塵分布面積不超過1∕3，沙塵厚度不超過1mm。該因素是非要因。

9）擺放方位處于常年主導(dǎo)風(fēng)向的上風(fēng)向

查看電站現(xiàn)場的施工圖及當(dāng)?shù)氐臍庀?，發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)坐西朝東，處于常年主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)向。該因素是非要因。

據(jù)此總結(jié)光伏箱式逆變器防塵等級(jí)偏低的要因是：①防塵網(wǎng)材料PPI值大網(wǎng)眼大；②抽插式框架自由間隙大，如圖6所示。4

圖6 光伏箱式逆變器防塵等級(jí)偏低的要因

方案實(shí)施

1）選用防塵效果更好的防塵網(wǎng)

防塵網(wǎng)整改包括過濾網(wǎng)的材質(zhì)、護(hù)網(wǎng)結(jié)構(gòu)、安裝固定方式。調(diào)研發(fā)現(xiàn)聚氨酯過濾棉防塵網(wǎng)成功應(yīng)用于其他光伏電站，該種材質(zhì)PPI一般為30、40、50，由于30網(wǎng)眼大但孔少，50網(wǎng)眼小但孔多，所以選擇加裝PPI為50的聚氨酯防塵網(wǎng)，厚度為15 mm，結(jié)構(gòu)尺寸接口需要與防塵網(wǎng)固定邊框相匹配，如圖7所示。該防塵網(wǎng)需要隔期清理，清理方式為在背風(fēng)側(cè)用吹風(fēng)機(jī)吹或拆卸下來用水清理。

圖7 聚氨酯防塵網(wǎng)

2）加裝模塊式防塵網(wǎng)框架，如圖8、圖9所示，使自由端邊縫最小化

圖9 防塵網(wǎng)框架安裝到門頁上的后的實(shí)物圖

圖8 防塵網(wǎng)邊框圖紙

5 效果檢查

2016年9月，已改造完成的光伏箱式逆變器在新疆運(yùn)行滿半年后，對(duì)箱體內(nèi)部進(jìn)沙情況進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)箱體內(nèi)部進(jìn)沙量大幅減少，逆變器能夠正常工作且散熱情況良好，符合整改預(yù)期目標(biāo)，即箱體內(nèi)有少量進(jìn)沙，但不影響逆變器正常工作，如圖10所示。

圖10 方案實(shí)施后進(jìn)沙情況

6 結(jié)論

從人、機(jī)、料、法、環(huán)角度出發(fā)排查出光伏箱式逆變器防沙塵等級(jí)偏低的兩個(gè)要因是防塵網(wǎng)材料PPI值大網(wǎng)眼大和抽插式框架自由間隙大。將集裝箱的無紡布防塵網(wǎng)替換為聚氨酯過濾棉，以及加裝可以使自由端間隙最小化的模塊式的防塵網(wǎng)框架，實(shí)現(xiàn)了在苛刻的自然環(huán)境下，集裝箱的防沙塵效果最大化與通風(fēng)散熱情況良好。此次整改不僅提高了逆變器、直流柜等設(shè)備的運(yùn)行可靠性和環(huán)境適應(yīng)性，而且降低了設(shè)備維護(hù)和風(fēng)沙清理成本，同時(shí)為光伏箱式逆變器的應(yīng)用和推廣提供了技術(shù)支持和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。