集中式光伏逆變器房運維痛點之“灰塵”

導讀：
據(jù)統(tǒng)計，截止2013年底，全國22個主要省市已經累計并網共741個大型光伏發(fā)電項目，主要分布在我國西北地區(qū)。累計裝機容量排名前五的省份分別為甘肅、青海、新疆、寧夏和內蒙古。這5省之和約占全國光伏電站總量的80%。而這5省又恰恰是風沙灰塵嚴重的地區(qū)。也就是說，大部分光伏電站的應用環(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，特別是西北風沙嚴重地區(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沙和灰塵上。那么灰塵從哪兒來，堆積有多嚴重，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房宣稱防護等級IP54，但因機房普遍采用直通風式散熱方案，實際只能達到IP44或者更低，無法阻擋灰塵和腐蝕性氣體進入逆變器。其進風口的冷卻風扇，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，經常發(fā)生沙塵暴，實際情況更加嚴重。第二則是靜電，逆變器本身也帶有冷卻風扇，也會將房間內的沙塵吸附進機箱內部?；覊m被機箱內部的電子設備產生的靜電所吸附。因此，可以看見逆變器房以及房間內的電子設備、電器元件及風扇周圍都吸附了大量的灰塵。

2.危害
那么灰塵的堆積，對我們的設備有什么危害呢？經過調查幾個國內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)關機，控制失效，內部異常打火失效，嚴重的還會出現(xiàn)起火燃燒，造成重大的財產損失。分析問題起因，大部分同灰塵相關。最近西北電站出現(xiàn)的集裝箱逆變器房火災，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導致內部接觸器接觸不良。由于這種灰塵顆粒細小，現(xiàn)階段，采用常規(guī)的技術不可能被機房或設備防塵網徹底過濾。所有垂直表面沉積的這些精細微粒，一般直徑0.5um，組成了設備內部主要的污染物。
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)較強的導電活性。在PCB或元器件間形成漏電效應，造成信號的異常或高壓拉弧打火，還有可能造成電網對PE的短路。有些PCB雖然進行了三防漆防護，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，導致逆變器失效，異常關機或炸毀。

2）腐蝕失效
大霧、下雨天等濕度大的天氣下，逆變器內部形成的濕塵還有另一個危害，就是會腐蝕設備內部的電子元器件。單板或PCB元器件在濕度增加，濕塵達到一定的條件下，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。引起設備工作異常。

3）散熱差失效
積灰導致防塵網堵塞、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，風扇轉速升高，噪聲增大，更嚴重會導致內部IGBT器件損壞，設備不斷重啟，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行了深入交流。運維人員對灰塵風沙的問題，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)的進行灰塵沙塵的清掃工作。

1．防塵網清潔

防塵網可有效改善設備的積塵情況，但不能完全阻擋灰塵進入。集裝箱和逆變器防塵網一般采用G4等級或者50PPI濾網；逆變器在白天工作時，大功率風扇高轉速，將外部灰塵帶入機房內部，其中部分顆粒堆積在機房地上，部分堵在防塵網，部分細的灰塵顆粒還是進入到機柜內部。在西北風沙地區(qū)，2~3個月內就需要更換或清潔濾網；一旦維護和清理不及時，防塵網堵塞會造成機房進風量較少，散熱急劇惡化，機房溫度升高。逆變器由于散熱不良而導致輸出功率降低，甚至關機，如果降額和保護機制不健全，也有可能導致燒機甚至火災事件。

當機房防塵環(huán)境較差時，除塵頻率應提高。同時除塵還需要專業(yè)的人員，防止對內部單板或電氣等造成損傷。每臺集裝箱或機房防塵網維護時間>0.5小時， 2個月一次的防塵網維護，意味著電站需要配置專門人員長期維護防塵網。

2.機房清掃

大機內部清掃運維的頻率，根據(jù)實際情況來維護；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。

清潔時，逆變器前后門需要拆開；防護蓋板需要拆開，各個廠家結構設計不一樣，門板和防護蓋板拆開非常困難，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行清掃維護，才能保障機房和設備的工作。并且光伏電站建設區(qū)域遠離城市與鄉(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沙會吹到逆變器房內，從而進一步給設備造成了嚴重影響，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臺機器。100MW共有200臺機器。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到3000*20*12=72萬。在電站的生命周期25年內，共需要25*72=1800萬元，相當于這塊的光人力清掃費用就達到0.18元/W。 這個成本是相當驚人的。如進一步考慮25年內人力成本的上升和通脹因素，實際所付出的費用要遠遠高于這個數(shù)值。

另外，防塵網每隔1-2個月需要進行更換。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

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，為此付出的人力、物力及無形的發(fā)電量損失等都是相當可觀的，甚至可能超過設備本身價值。雖然部分逆變器房在設計時通過加裝防風沙百葉窗或更高等級的防塵設計，一定程度和時間內對防灰防沙做了改善。但西北風沙地區(qū)，情況還是比較嚴重，大量的灰塵清掃工作，治標不治本，不能從根本上杜絕灰塵的進入。業(yè)主在投資光伏電站時，需要考慮初始建設成本，但更應注重產品的長期壽命、安全和運維總成本，集中式逆變器房沙灰塵問題，已經越來越嚴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！