集中式光伏逆變器房運(yùn)維痛點(diǎn)之“灰塵”

導(dǎo)讀：
據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止2013年底，全國(guó)22個(gè)主要省市已經(jīng)累計(jì)并網(wǎng)共741個(gè)大型光伏發(fā)電項(xiàng)目，主要分布在我國(guó)西北地區(qū)。累計(jì)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(guó)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(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(jiǎn)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(guó)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。

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(guó)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。

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(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?；蚋邏豪〈蚧?，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。

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。

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?jī)?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(zhǎng)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(jiǎn)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(zhǎng)，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?jī)?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(gòu)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(zhǎng)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(zhǎng)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！