集中式光伏逆變器房運維痛點之“灰塵”

導(dǎo)讀：
據(jù)統(tǒng)計，截止2013年底，全國22個主要省市已經(jīng)累計并網(wǎng)共741個大型光伏發(fā)電項目，主要分布在我國西北地區(qū)。累計裝機(jī)容量排名前五的省份分別為甘肅、青海、新疆、寧夏和內(nèi)蒙古。這5省之和約占全國光伏電站總量的80%。而這5省又恰恰是風(fēng)沙灰塵嚴(yán)重的地區(qū)。也就是說，大部分光伏電站的應(yīng)用環(huán)境還是非常惡劣的。

最近走訪了西北格爾木多個電站，發(fā)現(xiàn)運維人員普遍反映的一個頭疼問題—逆變器設(shè)備及逆變器房的積灰和灰塵清掃。這個問題顯然沒有被明顯重視，但卻給運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，究竟對電站有何影響，常規(guī)的清掃能否解決這個問題，本文就此做個簡要分析，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，原因主要有二個：一是常規(guī)的土建房或集裝箱式機(jī)房宣稱防護(hù)等級IP54，但因機(jī)房普遍采用直通風(fēng)式散熱方案，實際只能達(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。

2.危害
那么灰塵的堆積，對我們的設(shè)備有什么危害呢？經(jīng)過調(diào)查幾個國內(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)重的還會出現(xiàn)起火燃燒，造成重大的財產(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)，主要原因就是因為灰塵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逆變器有哪些危害。

1）漏電失效
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，此時濕塵表現(xiàn)較強的導(dǎo)電活性。在PCB或元器件間形成漏電效應(yīng)，造成信號的異?；蚋邏豪〈蚧穑€有可能造成電網(wǎng)對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。

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危害，就是會腐蝕設(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)重會導(dǎo)致內(nèi)部IGBT器件損壞，設(shè)備不斷重啟，甚至燒壞。

二．運維量大，成本可觀

筆者與西北幾個電站的運維人員就沙塵問題進(jìn)行了深入交流。運維人員對灰塵風(fēng)沙的問題，叫苦不迭，怨聲載道。

以格爾木某電站實際情況為例，目前每臺逆變器大機(jī)要求每月要清理一次灰塵，對于大型地面電站來說，實際每三個月才能清潔一次，原因是他們團(tuán)隊每晚只能清潔十臺左右，300MW電站清理一遍至少需要三個月，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等級或者50PPI濾網(wǎng)；逆變器在白天工作時，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，防塵網(wǎng)堵塞會造成機(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，除塵頻率應(yīng)提高。同時除塵還需要專業(yè)的人員，防止對內(nèi)部單板或電氣等造成損傷。每臺集裝箱或機(jī)房防塵網(wǎng)維護(hù)時間>0.5小時， 2個月一次的防塵網(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)部清掃運維的頻率，根據(jù)實際情況來維護(hù)；平均1個月1次。同時根據(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，逆變器前后門需要拆開；防護(hù)蓋板需要拆開，各個廠家結(jié)構(gòu)設(shè)計不一樣，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，工作量大。拆卸也需要特別的工具，裝的不好，容易打火。同時頻繁的拆卸，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，清掃工作需要耗費大量時間和人力。就像上文說到的，以300M光伏電站為例，10個人，平均一晚上拆裝和清掃逆10臺；300MW共需要3個月。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，野外運維清掃工作諸多不便。

在西北電站，夏天一個普遍的現(xiàn)象是，開門降溫。逆變器房門一開，熱浪涌動，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電站項目為例，10人一天只能清掃10臺機(jī)器。100MW共有200臺機(jī)器。根據(jù)西北電站實際情況，每個月至少清掃一次。100MW電站清掃一遍，正好需要20個工作日（1個月）。按照此頻率，1人1天需300元，10人1天，需要3000元，按照1個月20工作日計算，一年光人力費用就至少達(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用就達(dá)到0.18元/W。 這個成本是相當(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，實際所付出的費用要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于這個數(shù)值。

另外，防塵網(wǎng)每隔1-2個月需要進(jìn)行更換。還有專業(yè)的清洗工具采購和折舊，均給電站運維帶來了實際的成本和困難。

三．總結(jié)

綜上所述，集中式逆變器房的灰塵沙塵問題，是大自然對集中式逆變器的一大考驗，增加了設(shè)備故障隱患，同時也給電站運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)備本身價值。雖然部分逆變器房在設(shè)計時通過加裝防風(fēng)沙百葉窗或更高等級的防塵設(shè)計，一定程度和時間內(nèi)對防灰防沙做了改善。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，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的尋求解決辦法，將灰塵抵御在逆變器外部，而不是被動的去清掃沙塵呢？這些問題值得我們深思！