CN115453208A - 光伏电站防雷接地电阻监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光伏电站防雷接地电阻监测系统，由监测装置实现；监测装置，包括：控制单元、触摸屏；控制单元，包括：电源电路、稳压电路、信号发生电路、放大电路、采集电路；触摸屏，用以实现参数设定、参数显示，以及，数据存储、数据交互、数据通信；由监测装置进行实时监测，其流程，包括：初始化、参数设定、实时监测、报警、停止。本发明的光伏电站防雷接地电阻监测系统，实时监测光伏电站组件的接地电阻，并对接地电阻不合格的状态进行报警。

Description

光伏电站防雷接地电阻监测系统

技术领域

本发明涉及电力接地保护设备技术领域，特别涉及光伏电站防雷接地电阻监测系统。

背景技术

随着国内太阳能光伏电站发电规模和应用范围不断扩大，光伏防雷接地防护措施越来越重要。然而光伏系统接地却是光伏施工人员最容易忽视的问题之一，接地电阻不合格会因设备对地绝缘阻抗过低或漏电流过大而报错，影响发电量；雷击后损害设备，甚至危害人身安全。

光伏电站组件及支架防雷接地电阻理论值应为10Ω及以下，配电箱及逆变器接地电阻应为4Ω及以下。光伏接地系统验收时虽接地电阻测试合格，但在后期因土壤含有腐蚀性物质会导致接地系统腐蚀或因接地体连接部位损坏等诸多因素导致接地电阻不合格。目前，缺乏一种接地电阻实时监测装置，只有在发生故障造成损失后时才能找到问题。

发明内容

为了解决背景技术中存在的技术问题，本发明提供光伏电站防雷接地电阻监测系统，实时监测光伏电站组件的接地电阻，并对接地电阻不合格的状态进行报警。

本发明解决所采用的技术方案是：

光伏电站防雷接地电阻监测系统，由监测装置实现，所述监测装置，包括：控制单元、触摸屏。所述控制单元，包括：电源电路、稳压电路、信号发生电路、放大电路、采集电路。所述触摸屏，用以实现参数设定、参数显示，以及，数据存储、数据交互、数据通信。

实时监测系统，包括：

初始化：

控制单元的电源电路接通市电，对市电进行进行变压和整流，使监测装置、触摸屏启动；

参数设定：

完成初始化后，通过触摸屏对参数进行设定、显示，并通过触摸屏进行系统的运行；

实时监测：

控制单元的稳压电路，将变压和整流后的低压双电源进行稳定，用以满足控制单元的供电需求；

控制单元的信号发生电路，将发生由触摸屏所设定参数的脉冲信号；

控制单元的放大电路，将脉冲信号进行放大，并发送至接地线处；

控制单元的采集电路，将地线上所采集的电流信号变送至触摸屏处；

触摸屏对电流信号进行实时监测、对比；

报警：

当电流信号小于设定阈值时，产生报警信号；

报警信号由通信装置发送至电站运行检修部门；

停止：

检修时，断开市电，停止系统。

进一步的，所述控制单元的电源电路，包括：

所述控制单元的电源电路，包括：

接线端子P901，用以与市电电气连接，并向电源电路供电；

接线端子P902，所述接线端子P902与接线端子P901电气连接，用以向其他市电部件供电；

接线端子P903，用以向稳压电路供电；

保险元件F901、热熔电阻NR901，所述保险元件F901、热熔电阻NR901串接设于接线端子P901的火线上，用以对控制单元元器件进行保护；

阻容电路C902、R901/R902/R903，所述阻容电路C902、R901/R902/R903并联设于接线端子P901的火线；

变压元件L901，所述变压元件L901分别与阻容电路C902、R901/R902/R903和接线端子P903电气连接；

稳压电容C903、C904，所述稳压电容C903、C904并联设于接线端子P903电气连接上。

进一步的，所述控制单元的稳压电路，包括：

电源端子P1，所述电源端子P1与电源端子P903电气连接，实现控制单元的低压电源供电；

电容C1、C2、C3，所述电容C1、C2、C3相互并联，并与电阻R1组成阻容电路，用以稳定正电源VCC输出，所述电阻R1的支路上串接发光二极管D1，用以显示VCC供电状态；

电容C4、C5、C6，所述电容C4、C5、C6相互并联，并与电阻R2组成阻容电路，用以稳定负电源VEE输出，所述电阻R2的支路上串接发光二极管D2，用以显示VEE供电状态。

进一步的，电容C1、C4设置为极性电容。

进一步的，所述控制单元的信号发生电路，包括：

脉冲发生芯片U1，所述脉冲发生芯片U1采用ICL8038芯片；

电阻R5、R6，用以调节脉冲信号的失真度；

电阻R8，用以调节脉冲信号的频率；

电阻R12，用以调节脉冲信号的空占比；

12针插排P2，所述12针插排P2与触摸屏端子电气连接，用以接通对应的电容，通过触摸屏调整脉冲信号频率范围；

信号端子P3，用以将产生的脉冲信号直接进行输出。

进一步的，所述信号端子P3处输出的脉冲信号，包括：

方波square、三角波Triangle、正弦波sina。

进一步的，所述控制单元的放大电路，包括：

放大芯片U2，所述放大芯片U2采用双运算发达器LM358；

6针插排P5，所述6针插排P5与信号端子P3、触摸屏端子电气连接，用以选择脉冲信号的波形；

电阻R15，用以调节脉冲的波峰电压；

信号端子P4，用以输出放大后的脉冲信号。

进一步的，所述信号端子P3与6针插排P5之间电气连接设置有跟随器，所述跟随器，用以降低阻抗，防止三角波Triangle、正弦波sina的失真。

进一步的，所述控制单元的采集电路，包括：

隔离光栅，用以实现系统与光伏电站防雷接地的安全隔离；

连接端子P6，所述连接端子P6与触摸屏的端子电气连接。

进一步的，所述隔离光栅，包括：

隔离光栅GX1，所述隔离光栅GX1设置为电压输出型，并与防雷接地线电气连接，所设连接引线上套设霍尔传感器，所述霍尔传感器的变送输出端连接至触摸屏的端子处，用以采集反馈的电流信号；

隔离光栅GX2，所述隔离光栅GX2设置为电压输入型，与连接引线电气连接，用以采集防雷信号。

本发明光伏电站防雷接地电阻监测系统的优点在于：

1、通过脉冲发生单元发送电压信号，同时，通过霍尔变送器组采集反馈电流信号，实现接地电阻的监测；

2、通过触摸屏实现数据采集、数据处理，再通过通信天线实现数据信号、报警信号的远传。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要的附图作简单介绍，下列描述中的附图是本发明的实施方式。

图1是本发明实例提供光伏电站防雷接地电阻监测系统的流程示意图；

图2是本发明实例提供光伏电站防雷接地电阻监测系统的电源电路示意图；

图3是本发明实例提供光伏电站防雷接地电阻监测系统的稳压电路示意图；

图4是本发明实例提供光伏电站防雷接地电阻监测系统的信号发生电路示意图；

图5是本发明实例提供光伏电站防雷接地电阻监测系统的放大电路示意图；

图6是本发明实例提供光伏电站防雷接地电阻监测系统的采集电路示意图。

图7是本发明实例提供光伏电站防雷接地电阻监测系统的监测装置立体示意图。

图中：

11、底仓，

2、供电单元，

3、脉冲发生单元，

4、霍尔变送器组，

5、接线端子，

6、通信天线。

具体实施方式

为了更加清楚地、明确地说明本发明的具体实施目的和实施方式，下面将对本发明技术方案进行完整的描述，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。在未做出创造性劳动的前提下，基于本发明所描述实施例的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

本发明光伏电站防雷接地电阻监测系统，由监测装置实现，所述监测装置设置于绝缘防水的底仓11内，如图7所示，包括：控制单元、触摸屏。所述控制单元，包括：供电单元2、脉冲发生单元3、霍尔变送器组4、接线端子5、通信天线6。

所述供电单元2的电源电路，如图2所示，包括：

接线端子P901，通过接线端子5与市电电气连接并向电源电路供电；接线端子P902，所述接线端子P902与接线端子P901电气连接，用以向其他市电部件供电；接线端子P903，用以向稳压电路供电；保险元件F901、热熔电阻NR901，所述保险元件F901、热熔电阻NR901串接设于接线端子P901的火线上，用以对控制单元的元器件进行保护；阻容电路C902、R901/R902/R903，所述阻容电路C902、R901/R902/R903并联设于接线端子P901的火线；变压元件L901，所述变压元件L901分别与阻容电路C902、R901/R902/R903和接线端子P903电气连接；稳压电容C903、C904，所述稳压电容C903、C904并联设于接线端子P903电气连接上。

所述脉冲发生单元3的稳压电路，如图3所示，包括：

电源端子P1，所述电源端子P1与电源端子P903电气连接，实现控制单元的低压电源供电；电容C1、C2、C3，所述电容C1、C2、C3相互并联，并与电阻R1组成阻容电路，用以稳定正电源VCC输出，所述电阻R1的支路上串接发光二极管D1，用以显示VCC供电状态；电容C4、C5、C6，所述电容C4、C5、C6相互并联，并与电阻R2组成阻容电路，用以稳定负电源VEE输出，所述电阻R2的支路上串接发光二极管D2，用以显示VEE供电状态。所述电容C1、C4设置为极性电容。

所述脉冲发生单元3的信号发生电路，如图4所示，包括：

脉冲发生芯片U1，所述脉冲发生芯片U1采用ICL8038芯片；电阻R5、R6，用以调节脉冲信号的失真度；电阻R8，用以调节脉冲信号的频率；电阻R12，用以调节脉冲信号的空占比；12针插排P2，所述12针插排P2与触摸屏端子电气连接，用以接通对应的电容，通过触摸屏调整脉冲信号频率范围；信号端子P3，用以将产生的脉冲信号直接进行输出，所述信号端子P3处输出的脉冲信号为方波square、三角波Triangle、正弦波sina。

所述脉冲发生单元3的放大电路，如图5所示，包括：

放大芯片U2，所述放大芯片U2采用双运算发达器LM358；6针插排P5，所述6针插排P5与信号端子P3、触摸屏端子电气连接，用以选择脉冲信号的波形；电阻R15，用以调节脉冲的波峰电压；信号端子P4，用以输出放大后的脉冲信号。

信号端子P3与6针插排P5之间电气连接设置有跟随器，所述跟随器，用以降低阻抗，防止三角波Triangle、正弦波sina的失真。方波square已经是接近电源电压，无需放大经过放大电路，直接由信号端子P3输出。

所述脉冲发生单元3的采集电路，如图6所示，包括：

套设于至接地点线路上的霍尔变送器组4。隔离光栅，用以实现系统与光伏电站防雷接地的安全隔离，包括：隔离光栅GX1，所述隔离光栅GX1设置为电压输出型，并与防雷接地线电气连接，所设连接引线上套设霍尔传感器，所述霍尔传感器的变送输出端连接至触摸屏的端子处，用以采集反馈的电流信号；隔离光栅GX2，所述隔离光栅GX2设置为电压输入型，与连接引线电气连接，用以采集防雷信号。连接端子P6，所述连接端子P6与触摸屏的端子、接地点电气连接。

所述触摸屏的供电端子与接线端子P902电气连接；触摸屏的输入端子、输出端子分别与信号端子P3或信号端子P4、连接端子P6电气连接，由此，通过触摸屏进行参数设定、参数显示，以及，数据存储、数据交互、数据通信。

触摸屏的通信端子与通信天线6电气连接，用以进行实时数据远传、远程报警。

结合上述实施例中监测装置的具体结构，下面对光伏电站防雷接地电阻监测流程进行进一步地说明：

A、初始化：

控制单元的电源电路接通市电，对市电进行进行变压和整流，使监测装置、触摸屏启动。

B、参数设定：

完成初始化后，通过触摸屏对参数进行设定、显示，并通过触摸屏进行系统的运行；

所需设定的参数，包括：

脉冲电压U₀，其由电阻R15进行调节，用以方波square、三角波Triangle、正弦波sina的波幅；

电流阈值I₀、I₁、I₂，其由控制屏寄存器存储；

波形类型，其由6针插排P5进行选择，并信号端子P3处输出的脉冲信号为方波square、三角波Triangle、正弦波sina；

频率f，其由电阻R8进行调节，用以调节脉冲信号的频率；

占空比，其由电阻R12进行调节，用以调节脉冲信号的空占比；

频率范围，其由12针插排P2进行选择，通过接入不同的电容调整脉冲信号频率范围。

C、自检：

所述I₁为光伏电站组件及支架防雷接地线的反馈电流；所述I₂为配电箱及逆变器接地线的反馈电流；I₀为光伏电站组件及支架防雷接地线、配电箱及逆变器接地线并联节点的反馈电流；因此，并联电路中分路电流之和为主路电流，即为I₀＝I₁+I₂；

当无法满足电流时，返回步骤B、参数设定，进行重新设定。

D、实时监测：

控制单元的稳压电路，将变压和整流后的低压双电源进行稳定，用以满足控制单元的供电需求；

控制单元的信号发生电路，将发生由触摸屏所设定参数的脉冲信号；

控制单元的放大电路，将脉冲信号进行放大，并发送至接地线处；

控制单元的采集电路，将地线上所采集的电流信号变送至触摸屏处；

触摸屏对电流信号进行实时监测、对比；

E、防雷触发：

当隔离光栅GX2采集的电压大于脉冲电压U₀时，光伏电站组件及支架防雷接地线、配电箱及逆变器接地线处于防雷接地状态，应停止步骤D、实时监测；

反之，始终进行步骤D、实时监测。

F、报警：

当电流信号小于设定阈值时，产生报警信号；

报警信号由通信装置发送至电站运行检修部门；

G、停止：

检修时，断开市电，停止系统。

以上述依据，本发明光伏电站防雷接地电阻监测系统的实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.光伏电站防雷接地电阻监测系统，其特征在于：

由监测装置实现，所述监测装置，包括：控制单元、触摸屏，

所述控制单元，包括：电源电路、稳压电路、信号发生电路、放大电路、采集电路，

所述触摸屏，用以实现参数设定、参数显示，以及，数据存储、数据交互、数据通信；

实时监测系统，包括：

初始化：

控制单元的电源电路接通市电，对市电进行进行变压和整流，使监测装置、触摸屏启动；

参数设定：

完成初始化后，通过触摸屏对参数进行设定、显示，并通过触摸屏进行系统的运行；

实时监测：

控制单元的稳压电路，将变压和整流后的低压双电源进行稳定，用以满足控制单元的供电需求；

控制单元的信号发生电路，将发生由触摸屏所设定参数的脉冲信号；

控制单元的放大电路，将脉冲信号进行放大，并发送至接地线处；

控制单元的采集电路，将地线上所采集的电流信号变送至触摸屏处；

触摸屏对电流信号进行实时监测、对比；

报警：

当电流信号小于设定阈值时，产生报警信号；

报警信号由通信装置发送至电站运行检修部门；

停止：

检修时，断开市电，停止系统。

2.根据权利要求1所述的光伏电站防雷接地电阻监测系统，其特征在于：

所述控制单元的电源电路，包括：

接线端子P901，用以与市电电气连接，并向电源电路供电；

接线端子P902，所述接线端子P902与接线端子P901电气连接，用以向其他市电部件供电；

接线端子P903，用以向稳压电路供电；

保险元件F901、热熔电阻NR901，所述保险元件F901、热熔电阻NR901串接设于接线端子P901的火线上，用以对控制单元元器件进行保护；

阻容电路C902、R901/R902/R903，所述阻容电路C902、R901/R902/R903并联设于接线端子P901的火线；

变压元件L901，所述变压元件L901分别与阻容电路C902、R901/R902/R903和接线端子P903电气连接；

稳压电容C903、C904，所述稳压电容C903、C904并联设于接线端子P903电气连接上。

3.根据权利要求2所述的光伏电站防雷接地电阻监测系统，其特征在于：

所述控制单元的稳压电路，包括：

电源端子P1，所述电源端子P1与电源端子P903电气连接，实现控制单元的低压电源供电；

电容C1、C2、C3，所述电容C1、C2、C3相互并联，并与电阻R1组成阻容电路，用以稳定正电源VCC输出，所述电阻R1的支路上串接发光二极管D1，用以显示VCC供电状态；

电容C4、C5、C6，所述电容C4、C5、C6相互并联，并与电阻R2组成阻容电路，用以稳定负电源VEE输出，所述电阻R2的支路上串接发光二极管D2，用以显示VEE供电状态。

4.根据权利要求3所述的光伏电站防雷接地电阻监测系统，其特征在于：

电容C1、C4设置为极性电容。

5.根据权利要求3所述的光伏电站防雷接地电阻监测系统，其特征在于：

所述控制单元的信号发生电路，包括：

脉冲发生芯片U1，所述脉冲发生芯片U1采用ICL8038芯片；

电阻R5、R6，用以调节脉冲信号的失真度；

电阻R8，用以调节脉冲信号的频率；

电阻R12，用以调节脉冲信号的空占比；

12针插排P2，所述12针插排P2与触摸屏端子电气连接，用以接通对应的电容，通过触摸屏调整脉冲信号频率范围；

信号端子P3，用以将产生的脉冲信号直接进行输出。

6.根据权利要求5所述的光伏电站防雷接地电阻监测系统，其特征在于：

所述信号端子P3处输出的脉冲信号，包括：

方波square、三角波Triangle、正弦波sina。

7.根据权利要求6所述的光伏电站防雷接地电阻监测系统，其特征在于：

所述控制单元的放大电路，包括：

放大芯片U2，所述放大芯片U2采用双运算发达器LM358；

6针插排P5，所述6针插排P5与信号端子P3、触摸屏端子电气连接，用以选择脉冲信号的波形；

电阻R15，用以调节脉冲的波峰电压；

信号端子P4，用以输出放大后的脉冲信号。

8.根据权利要求6所述的光伏电站防雷接地电阻监测系统，其特征在于：

所述信号端子P3与6针插排P5之间电气连接设置有跟随器，所述跟随器，用以降低阻抗，防止三角波Triangle、正弦波sina的失真。

9.根据权利要求7所述的光伏电站防雷接地电阻监测系统，其特征在于：

所述控制单元的采集电路，包括：

隔离光栅，用以实现系统与光伏电站防雷接地的安全隔离；

连接端子P6，所述连接端子P6与触摸屏的端子电气连接。

10.根据权利要求8所述的光伏电站防雷接地电阻监测系统，其特征在于：

所述隔离光栅，包括：

隔离光栅GX1，所述隔离光栅GX1设置为电压输出型，并与防雷接地线电气连接，所设连接引线上套设霍尔传感器，所述霍尔传感器的变送输出端连接至触摸屏的端子处，用以采集反馈的电流信号；

隔离光栅GX2，所述隔离光栅GX2设置为电压输入型，与连接引线电气连接，用以采集防雷信号。

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