浅谈光伏电站SVG装置通风散热的技术改造

杨洪雷

（上海申能投资发展有限公司）

0 引言

动态无功补偿装置（SVG）具有动态补偿谐波和功率因数、提高线路输电稳定性和电压稳定性、节能降耗的作用，是新能源电站所必需的主要电气设备之一。《国家电网“十四五”规划》中明确提出动态无功补偿装置（SVG）是国家电网未来新技术应用的发展方向，无功补偿设备的智能化改造在智能电网发展规划和建设中已经成为必然趋势。

自2018年7月以来，位于新疆维吾尔自治区克拉玛依市乌尔禾区的某光伏电站SVG装置IGBT模块先后发生4次损坏。国家能源局西北监管局发布的《西北区域发电厂并网运行管理实施细则》及《西北区域并网发电厂辅助服务管理实施细则》规定，电站无功补偿装置月整体可用率应达到90%以上，每降低1%按5分／月进行考核，由于该SVG装置IGBT模块采购及更换周期较长，导致SVG装置长期停运，月度整体可用率较低，在增加电站运行不稳定性的同时，也加大了被当地电网公司考核的风险。

1 装置故障原因分析

经现场设备检查和对报文数据进行技术分析，该SVG装置频繁故障的原因为SVG装置长时间处于高温条件下，室内通风散热不良导致IGBT功率模块长期在高温条件下运行［1］，易造成光纤通道受阻、光纤断裂、控制模块损坏及IGBT模块损坏等因素，继而发生软起充电超时故障，控制模块在规定时间内无法采集到模块电压，最终造成SVG装置故障跳闸。

2 原SVG装置存在的问题

（1）夏季环境温度过高

电站所在地区夏季高温天气较多，室外空气温度可达45℃，地表温度可达80℃，4次IGBT模块故障均发生于夏季环境高温时段，而SVG柜体为金属外壳集装箱式（见图1），极易吸收环境热量，造成柜体内温度升高，从而造成IGBT模块过温故障。

图1 SVG装置外观

（2）SVG装置室内空间过小

现场SVG装置为特变西科厂家早期生产的撬装一体化设备（容量±6Mvar），放置于空间狭小的集装箱内。运行时设备产生大量热量，如果不采取强制散热措施，设备模块处温度可达120℃以上。

（3）SVG装置室风道出口朝向与主风向相反

根据气象数据分析，乌尔禾地区主风向为西风，SVG室散热通道方向为东侧进风西侧出风，SVG室散热通道方向与环境主风向相反，造成东侧进风口为负压，进风困难，同时西侧出风口为强压，出风困难，从而SVG室散热通道空气流量不足，散热不充分［2］。

（4）轴流风机功率较小

SVG装置室内布置有三台轴流风机，但是功率较小，且入风口防尘滤网的防尘棉较厚，室内空气对流缓慢、空气扰动较小，即通风冷却系统设计不合理，空气流动性较差，降温能力较低，多次造成模块温度超过105℃保护设定值过温告警，继而设备过温保护跳闸停运。

（5）当地灰尘较大，多次发生沙尘暴、扬沙天气，导致SVG装置滤网积灰较快且较厚

由于该电站地处偏远，运维管理以远程集中管理为主，现场运维人员较少，对设备的清洗频次低且清洗不及时，防尘网积灰清洗情况较差，通风散热不畅。

3 SVG装置通风散热解决方法

根据现场设备、场地条件、环境气候等实际情况，拟通过更换安装大功率风机、改变风道、重新涂抹导热介质和增加SVG装置清洗频次的措施，以解决SVG装置散热不佳的问题。

3.1 更换轴流风机设备和改造风道

原SVG装置采用三台轴流风机运行散热，根据该风机铭牌数据和现场SVG装置尺寸测量，风机功率为1280W，容量为6Mvar，功率和容量负荷较大，故更换为两台功率较大的离心负压风机进行通风散热。

（1）风道排风口方向及尺寸

为契合现场风向，通过改造风道将排风口引向正东方向，具体尺寸如图2和图3所示。

图2 风道排风口尺寸

图3 风道排风口尺寸

（2）风机选型依据

风机选用三相2750W离心负压风机共计两台运行，单台风机排风量为12700m3／h，风机转速1385r／min，最大静压975Pa。

由此可计算出单台风机排出热量（H）＝比热（cp）×重量（W）×容器允许温升（ΔTc）＝0.24×4233×40Kcal＝40640Kcal。

集装箱长×宽×高为5m×2.5m×3m，体积为37.5m3，根据其他电站同等容量（±6Mvar）SVG装置及等体积集装箱的风机作为选型参照依据，该风机功率与现场装置通风散热需求相匹配。

（3）风机控制方式

为保证SVG风机控制方式不变，可根据现场实际要求加装接触器增加触电容量、风机变频调速器等措施实现［3］，其中风机变频调速器具有容易操作、控制精度较高、性能较高、不用进行维护等多个优点。保持其他条件恒定不变，若改变异步电动机定子端输入电源频率，电动机的转速将随之改变是风机变频调速技术的基本工作原理。电机转速和工作电源输入频率成正比的关系：

式中，n为电机转速；f为电机频率；s为电机转差率；p为电机极对数。

由上式可知，电机转速n与频率f成正比，若改变电动机频率f即可改变转速，当电动机频率f在0～50Hz的范围变化时，电动机转速调节范围非常宽，即变频调速器可以通过改变电动机电源频率从而实现速度的调节。

3.2 涂抹导热硅脂

根据现场的故障模块分析，SVG装置已投入运行4年，原有IGBT模块导热硅脂长时间在高温环境下使用（当地环境温度及运行温度相对较高），已出现受热流动、变色、劣化现象，IGBT模块与散热器存在缝隙无法紧密结合［4］，因此IGBT模块运行热量无法有效传递至散热器通过散热器传递出去，从而导致SVG高温故障频率较高。

为提高IGBT模块散热媒介的性能，增强热传导效率，拟对所有IGBT模块重新涂抹导热硅脂。

散热风机改造和涂抹导热硅脂完成后，由SVG设备厂家技术人员远程指导现场运维人员，对SVG装置所有模块进行冲压试验［5］，试验后若SVG装置所有模块冲压正常，无信号断开等问题发生，经SVG设备厂家技术人员确认无误后，由现场运维人员将SVG装置投入运行。

3.3 增加SVG装置清洁频次

督促现场运维人员合理增加SVG装置清洁频次，由原来的SVG装置每月清洁一次改为每周清洁一次，做到全方位、无死角的系统性清洁，保持风道滤网、通风口的通风顺畅，从而大大延长SVG装置的使用寿命。清洁时间安排在光伏电站不运行发电的晚间进行，同时做好带电设备的投切转换和安全技术交底。

4 结束语

由于光伏电站SVG室通风散热不良的问题导致IGBT模块多次损坏，SVG长期不能投运，给电站的安全平稳运行造成了巨大的风险。本文分析了SVG室通风散热不良的几点主要原因，并提供了较为详细的整改方案，希望通过本方案的具体实施，能够彻底解决电站SVG装置存在的散热不良问题。