CN203251146U - 光伏箱变智能保护监控装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种光伏箱变智能保护监控装置，设有本体单元电路和显示单元电路，本体单元电路设有：开关量输入电路、开关量输出电路、本体单元通信电路A、本体单元通信电路B、由电流互感器电路、电压互感器电路和低通滤波电路构成的电量采集电路、本体单元CPU电路和开关电源电路；所述本体单元CPU电路与上述其他电路进行信号和控制连接，显示单元电路设有：显示单元通信电路、数码管显示电路、多路指示灯电路、键盘电路和显示单元CPU电路，显示单元CPU电路与所述数码管显示电路、多路指示灯电路和键盘电路进行信号和控制连接。本实用新型适用于光伏电网的箱式升压变压器的保护监控，结构完善，监控准确，能实现光伏箱变低压侧全部信息的远程管理和自动化监控，实现对光伏箱式变压器的保护。

Description

光伏箱变智能保护监控装置
技术领域
本实用新型涉及一种太阳能光伏发电技术领域，具体是一种箱式变电站升压变压器即箱变的智能保护监控装置，应用于光伏箱变低压侧全部信息的远程管理和自动化监控，尤其是能实现对光伏箱式变压器的保护。
背景技术
光伏发电作为绿色、环保、可再生型能源，近年在国内得到了越来越多的重视和十分迅速的发展。光伏发电技术进一步趋于成熟，光伏发电成本大幅下降。国家电网发布《关于做好分布式光伏发电并网服务工作的意见(暂行)》、《关于促进分布式光伏发电并网管理工作的意见(暂行)》和《分布式光伏发电接入配电网相关技术规定(暂行)》等两个意见、一个规定。这意味着长期困扰国内光发电市场入网难的问题将得到缓解，国内市场启动的重要一环已经打开。光伏发电的装机容量将会大幅上升。随着光伏发电在全社会及国民生活中的地位不断提高，设计效益及经济效益日益明显，对一次设备及二次设备提出了更高的技术要求，发电、变电、电力传输、保护监视、控制调节等自动化水平也大大得到发展。
当前，国内外光伏工程按“少人值班”的运行管理方式设计，整个光伏场的集控室设置在升压站侧，35kV或10kV，110kV/220kV微机保护装置统一建为升压变电站综合自动化系统，进而通过远方调度来实现升压站的“遥信、遥测、遥控、遥调”功能。
由于35kV或10kV箱变距离集控室较远，又非常分散，一直以来，升压站综合自动化系统都无法实现对35kV或10kV箱变的监视和控制。
使用传统发电厂或变电站系统的保护测控装置存在诸多不足：体积大、成本高、温度范围窄、资源配置不对应、通讯转换环节过多等。例如，传统的测控装置一般针对多条线路或多卷变压器而配置很多开关量、模拟量输入，开关量出口也较多，使得体积、成本、资源配置、装置安装方式难以适应光伏电场的要求，特别是光伏电场一般处于环境温度比较恶劣的地区，常常要求设备在-40℃～-60℃都能正常工作，对装置的各个器件性能是一个严峻的考验。因此，需要上述现有技术问题进行改进。
实用新型内容
本实用新型的主要目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种光伏箱变智能保护监控装置，该装置能够完成光伏升压变压器的状态显示、状态变化记录、输出的电压、电流、功率、频率的测量、各种控制开关的合分操作、信息远传及变压器温度监控，实现光伏箱变低压侧全部信息的远程管理和自动化监控，实现对光伏箱式变压器的保护。
为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
光伏箱变智能保护监控装置，其特征是：设有本体单元电路和显示单元电路，本体单元电路设有：开关量输入电路、开关量输出电路、本体单元通信电路A、本体单元通信电路B、由电流互感器电路、电压互感器电路和低通滤波电路构成的电量采集电路、本体单元CPU电路和开关电源电路；所述开关量输入电路、开关量输出电路、本体单元通信电路A、本体单元通信电路B和电量采集电路与所述本体单元CPU电路进行信号和控制连接，所述开关电源电路与上述电路进行供电连接；所述开关量输入电路的输入端与箱变内装设的断路器、刀闸进行分合位置信号采集连接，并与箱变的非电量传感器进行动作信号采集连接；所述开关量输出电路的输出端与断路器、刀闸操作机构进行分合控制连接；
所述显示单元电路设有：显示单元通信电路、数码管显示电路、多路指示灯电路、键盘电路和显示单元CPU电路，显示单元CPU电路与所述数码管显示电路、多路指示灯电路和键盘电路进行信号和控制连接；
所述本体单元的开关量输入电路，设有交流光耦，开关量输入电路前端串入功率电阻，并设有开关量输入公共端，是无源开关量，可以直接接入220V电压；输出用VCC上拉，当光耦导通时，输出低电平；光耦不导通时，通过上拉输出高电平；这种设计避免了现场没有220V直流电源，直接使用低压直流电源24V易受干扰的问题。
本体单元电路和显示单元电路，通过所述显示单元通信电路总线进行数据交换的通信连接；本体单元通过本体单元通信单元B光纤通信与上位的综合自动化变电站进行上传信息的通信连接。
本实用新型的光伏箱变智能保护监控装置的工作原理：光伏板组件暴露在太阳光下，产生直流电，经汇流装置进入400V低压配电柜，多路在低压配电柜汇总成两路400V低压，进入光伏箱变低压侧，经变压器升压成10kV或者35kV，接入电网，或者再生压后接入电网。光伏箱变智能保护监控装置采集低压侧电压、电流，高压侧电流、电压模拟量信号，转换成数字信号，进行保护判断，如果超过预设定值，跳开高低压侧开关，完成电量保护；同时对数字量信号进行运算，得出两路低压侧的电压、电流、功率、功率因数、电度、频率等电参数；并且采集变压器的非电量信号，如果发生重瓦斯、温度高等，跳开高低压侧开关，完成非电量保护。光伏箱变智能保护测控装置通过显示设备显示。同时，具有通信功能，将信息上传至综合自动化变电站。
所述本体单元、显示单元各部分单独工作，完成各自的任务，并以通信电路进行信息交换。其中本体单元通过RS-485总线与显示单元进行信息交换，本体单元通过光纤或RS-485与上位的综合自动化系统进行信息交换。
箱变一路高压侧、两路低压侧电流、电流信号经高压互感器后，进入电量采集电路变成低压信号，经过低通滤波器，供主CPU电路的AD电路采集转化成数字信号，完成保护运算，电参量计算。箱变的无源高低压侧开关量，用交流220V引入开关量输入电路，变成高低电平供主CPU电路采集。主CPU电路判断保护信号，通过开关量输出电路跳开高低压侧断路器跳开。主CPU电路与通信A电路相连，与显示单元通信，完成电参量显示和定值设定。主CPU电路与通信B电路相连，与综合自动化系统通信，完成电参量和保护信息的远传，完成远程管理和自动化监控。开关电源电路将C/DC220V电压经过一级电容电感滤波，经过PB06整流成直流信号，TOP221将电压调制成高压脉冲信号，经过开关变压器变成VCC主电源，24V电源。24V电源作为光耦单独工作电源。
光伏箱变智能保护监控装置的显示单元电路的主CPU单元通过显示单元通信电路经过RS-485总线与本体单元通信进行数据交换，送到数码管显示电路、多路指示灯进行显示和指示，所述的键盘电路配合数码管显示电路改变定值，通过显示单元通信电路送到本体单元。
本实用新型的开关量输入电路，可以输入直流或交流信号。光耦采用PC354交流光耦，开入前端串入100k2W功率电阻，可以直接接入220V电压。输出用VCC上拉，当光耦导通时，输出低电平；光耦不导通时，通过上拉输出高电平。这种设计避免了现场没有220V直流电源，直接使用低压直流电源24V易受干扰的问题。
特别是本实用新型的光伏箱变智能保护监控装置采用分体设计，避免了现场环境恶劣，液晶无法在低温下工作的弊病，同时，由于现场为无人值守站，显示无人看，采用本设计，调试时接上显示单元，正常工作时去掉显示单元，只保留本体，节省了投资。
与现有技术相比，本实用新型的优点为：
1、第一次设计了能够完成光伏箱变的保护和测控装置，为光伏发电提供了可靠地技术设备和技术保障；
2、采用分体式设计，显示单元与本体单元分开。现场只装本体设备，显示单元需要时在连接，减少了本体单元的使用数量；
3、显示单元采用了数码管设计，改变了以前使用的液晶显示，在低温下无法运行的缺陷；
4、通讯部分采用双路预置式光纤，以通信速度快，抗干扰性能高的光纤作为通信介质，极大提高了装置的抗干扰特别是抗电磁干扰能力；
5、本体单元与显示单元双CPU设计，减少了单一CPU存在死机问题。
6、开入电路采用交流220V设计，避免了现场没有220V直流电源，直接使用低压直流电源24V易受干扰的问题。
附图说明
图1是本实用新型与电网箱变的整体连接结构示意图；
图2是本实用新型的整体结构示意图；
图3是本实用新型的整体电路结构示意图；
图4是本实用新型的显示单元电路结构示意图；
图5是本实用新型的开关量输入电路局部结构示意图。
具体实施方式
下面对参照附图和实施例对本实用新型进行说明：实施例：参见附图，光伏箱变智能保护监控装置，设有本体单元电路和显示单元电路，本体单元电路设有：开关量输入电路17、开关量输出电路18、本体单元通信电路A11、本体单元通信电路B12、由电流互感器电路13、电压互感器电路14和低通滤波电路15构成的电量采集电路19、本体单元CPU电路TMS320F2833516和开关电源电路26；所述开关量输入电路、开关量输出电路、本体单元通信电路A、本体单元通信电路B和电量采集电路与所述本体单元CPU电路进行信号和控制连接，所述开关电源电路与上述电路进行供电连接；所述开关量输入电路的输入端与箱变内装设的断路器、刀闸进行分合位置信号采集连接，并与箱变的非电量传感器进行动作信号采集连接；所述开关量输出电路的输出端与断路器、刀闸操作机构进行分合控制连接；
所述显示单元电路设有：显示单元通信电路25、数码管显示电路21、多路指示灯电路22、键盘电路23和显示单元CPU电路STC12LE561624，显示单元CPU电路与所述数码管显示电路、多路指示灯电路和键盘电路进行信号和控制连接；
所述本体单元的开关量输入电路，设有PC354交流光耦，开关量输入电路前端串入100k2W功率电阻，并设有开关量输入公共端，是无源开关量，可以直接接入220V交流电压；输出用VCC上拉，当光耦导通时，输出低电平；光耦不导通时，通过上拉输出高电平；这种设计避免了现场没有220V直流电源，直接使用低压直流电源24V易受干扰的问题。
本体单元电路和显示单元电路，通过所述显示单元通信电路RS-485总线进行数据交换的通信连接；本体单元通过本体单元通信单元B光纤通信与上位的综合自动化变电站进行上传信息的通信连接。
本实施例在某光伏电网的箱变配合试用半年，效果非常好，性能稳定，很好地保障了箱变和电网的安全。
应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (1)

1.一种光伏箱变智能保护监控装置，其特征是：设有本体单元电路和显示单元电路，本体单元电路设有：开关量输入电路(17)、开关量输出电路(18)、本体单元通信电路A(11)、本体单元通信电路B(12)、由电流互感器电路(13)、电压互感器电路(14)和低通滤波电路(15)构成的电量采集电路(19)、本体单元CPU电路(16)和开关电源电路(26)；所述开关量输入电路、开关量输出电路、本体单元通信电路A、本体单元通信电路B和电量采集电路与所述本体单元CPU电路进行信号和控制连接，所述开关电源电路与上述电路进行供电连接；所述开关量输入电路的输入端与箱变内装设的断路器、刀闸进行分合位置信号采集连接，并与箱变的非电量传感器进行动作信号采集连接；所述开关量输出电路的输出端与断路器、刀闸操作机构进行分合控制连接； 
所述显示单元电路设有：显示单元通信电路(25)、数码管显示电路(21)、多路指示灯电路(22)、键盘电路(23)和显示单元CPU电路(24)，显示单元CPU电路与所述数码管显示电路、多路指示灯电路和键盘电路进行信号和控制连接； 
所述本体单元的开关量输入电路，设有交流光耦，开关量输入电路前端串入功率电阻，并设有开关量输入公共端； 
本体单元电路和显示单元电路，通过所述显示单元通信电路总线进行数据交换的通信连接；本体单元通过本体单元通信单元B光纤通信与上位的综合自动化变电站进行上传信息的通信连接。 
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