CN204681314U - 一种光伏箱变智能监控装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种光伏箱变智能监控装置，包括：机箱、设置于机箱内部的AI模块、CPU模块、电源模块、信号采集模块、DO模块和通讯模块以及设置于机箱外部的显示屏，其中，AI模块包括第一AI模块和第二AI模块，第一AI模块包括六个电流变换器和六个电压变换器，第二AI模块包括三个电流变换器和三个电压变换器，CPU模块与AI模块、电源模块、信号采集模块、DO模块、通讯模块和显示屏连接，电源模块用于将外部电源转换为+5V电压和+24V电压，信号采集模块包括DI模块和DC模块，DO模块包括4个接入点，DO模块提供多路输出信号，通过控制继电器的开启和关闭实现对断路器的远程控制；通讯模块包括光纤环形以太网通讯插件，显示屏通过一显示接口与CPU模块连接。

Description

一种光伏箱变智能监控装置
技术领域
本实用新型涉及太阳能光伏发电技术领域，具体而言，涉及一种光伏箱变智能监控装置。
背景技术
现有的对光伏箱变进行监控的装置一般采用分立元器件分别采集相关信息量，然后通过一个信息采集器对所采集的信息进行统一归纳处理(如遥信量通过DI模块、开关量通过DO模块、电气量信息通过变送器模块)，如此一来势必增加了传输环节，从而造成信息处理较慢，故障不能及时反馈，中间环节增多导致故障点分散，同时增加了设备的维护难度。
实用新型内容
本实用新型提供一种光伏箱变智能监控装置，用以对箱变运行状况进行远程监视。
为了达到上述目的，本实用新型提供了一种光伏箱变智能监控装置，用于对光伏箱变进行实时监控，其中，所述光伏箱变中设有变压器和继电器，所述继电器与断路器远程连接，光伏箱变智能监控装置包括：机箱、设置于机箱内部的AI模块、CPU模块、电源模块、信号采集模块、DO模块和通讯模块以及设置于机箱外部的显示屏，其中，
所述AI模块包括第一AI模块和第二AI模块，其中，所述第一AI模块包括六个电流变换器和六个电压变换器，用于采集两个功率点的相关电流量和电压量，所述第二AI模块包括三个电流变换器和三个电压变换器，用于采集一个功率点的相关电流量和电压量，所述第一AI模块和所述第二AI模块分别用于将电流变换器和电压变换器的二次侧电流、电压信号转换为弱电信号，供CPU模块转换，并起到强弱电隔离作用；
所述CPU模块与AI模块、电源模块、信号采集模块、DO模块、通讯模块和显示屏连接，所述CPU模块根据所述AI模块采集到的相关电流量和电压量执行差动保护、三段式电流保护、零序电流保护、低电压和过电压保护；
所述电源模块用于将外部电源转换为+5V电压和+24V电压，其中，+5V电压用于为本装置中的数字元件提供工作电压，+24V电压用于为驱动光伏箱变中的继电器以及直流电源输出；
所述信号采集模块包括DI模块和DC模块，其中，
所述DI模块包括31个接入点，所述DI模块用于采集箱变内的开关量信号并将采集到的箱变内的开关量信号发送至所述CPU模块，所述开关量信号包括多路普通开关量信号和多路非电量保护信号，
所述DC模块包括4个接入点，所述DC模块用于采集箱变中的直流量信号并将采集到的箱变中的直流量信号发送至所述CPU模块，所述直流量信号包括箱变内部温度、环境温度及变压器油温，当采集到的箱变内部温度、环境温度及变压器油温超过一设定值时，所述CPU模块输出温度超限报警信息至所述显示屏；
所述DO模块包括4个标配接入点，所述DO模块提供多路输出信号，通过控制所述继电器的开启和关闭实现对断路器的远程控制；
所述通讯模块包括光纤环形以太网通讯插件，所述光纤环形以太网通讯插件设有多个RS485接口和以太网通讯接口，其中一个RS485接口与所述CPU模块连接，其余RS485接口分别与汇流箱、光伏逆变器及智能仪表等设备连接，所述以太网通讯接口与监控主机连接；
所述显示屏通过一人机接口与CPU模块连接，用于显示CPU模块中存储的箱变信息。
在本实用新型的一实施例中，所述直流量信号为4-20mA的模拟量信号或PT100铂电阻信号。
在本实用新型的一实施例中，所述DI模块采集到的多路普通开关量信号包括低压断路器位置信号、高压负荷开关位置信号、接地刀位置信号、箱变门禁信号、隔离开关熔断器组位置信号和高压熔断器熔断信号。
在本实用新型的一实施例中，所述DI模块采集到的多路非电量保护信号包括变压器重瓦斯信号、变压器轻瓦斯信号、变压器高温信号、变压器超高温信号、压力释放阀动作信号和变压器油位低信号。
在本实用新型的一实施例中，所述CPU模块为32位。
在本实用新型的一实施例中，所述CPU模块还包括RS485网络通讯电路。
本实用新型提供的光伏箱变智能监控装置具有遥信、遥测、遥控、遥调功能，能够对箱变运行状况进行远程监视，使光伏电站的巡视更加简单、便捷，从而降低了人工运营维护成本，提高了箱变工作的稳定性和可靠性，为光伏电站的“无人值班、少人职守”创造了条件。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型一个实施例的光伏箱变智能监控装置的结构示意图；
图2为本实用新型一个实施例的光伏箱变智能监控装置的接线图；
图3为本实用新型的组网示意图。
附图标记说明：1-机箱；2-AI模块；21-第一AI模块；22-第二AI模块；3-CPU模块；4-电源模块；5-信号采集模块；51-DI模块；52-DC模块；6-DO模块；7-通讯模块；71-光纤环形以太网通讯插件；711-RS485接口；712-以太网通讯接口；8-显示屏。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
图1为本实用新型一个实施例的光伏箱变智能监控装置的结构示意图，图2为本实用新型一个实施例的光伏箱变智能监控装置的接线图，本实用新型提供的光伏箱变智能监控装置用于对光伏箱变进行实时监控，其中，其中，光伏箱变中设有变压器和继电器，继电器与断路器远程连接，如图所示，本实用新型提供的光伏箱变智能监控装置包括：机箱1、设置于机箱1内部的AI模块2、CPU模块3、电源模块4、信号采集模块5、DO模块6和通讯模块7以及设置于机箱1外部的显示屏8，其中，
AI模块2包括第一AI模块21和第二AI模块22，其中，第一AI模块21包括六个电流变换器和六个电压变换器，用于采集两个功率点的相关电流量和电压量，第二AI模块22包括三个电流变换器和三个电压变换器，用于采集一个功率点的相关电流量和电压量，第一AI模块21和第二AI模块22分别用于将电流变换器和电压变换器的二次侧电流、电压信号转换为弱电信号，供CPU模块3转换，并起到强弱电隔离作用。
CPU模块3为32位，CPU模块3还包括RS485网络通讯电路。CPU模块3与AI模块2、电源模块4、信号采集模块5、DO模块6、通讯模块7和显示屏8连接，CPU模块3根据AI模块2采集到的相关电流量和电压量执行差动保护、三段式电流保护、零序电流保护、低电压和过电压保护，从而使得本实用新型具有完善的电气量保护功能，能够对箱变的各种运行状态进行实时监控，以保障箱变的安全、稳定运行。
电源模块4用于将外部电源转换为+5V电压和+24V电压，其中，+5V电压用于为本装置中的数字元件提供工作电压，+24V电压用于为驱动光伏箱变中的继电器以及直流电源输出。
信号采集模块5包括DI模块51和DC模块52，其中，
如图2所示，DI模块51包括31个接入点，DI模块51用于采集箱变内的开关量信号并将采集到的箱变内的开关量信号发送至CPU模块3，开关量信号包括多路普通开关量信号和多路非电量保护信号，多路普通开关量信号包括低压断路器位置信号、高压负荷开关位置信号、接地刀位置信号、箱变门禁信号、隔离开关熔断器组位置信号和高压熔断器熔断信号，多路非电量保护信号包括变压器重瓦斯信号、变压器轻瓦斯信号、变压器高温信号、变压器超高温信号、压力释放阀动作信号和变压器油位低信号。本实用新型中的开关量采用交流220V光电隔离输入，开关量输入定义灵活，便于扩展，其中，开关量信号均为有源遥信，DI5(X4:5)～DI10(X4:10)固定为非电量保护，必须按照典型接线图接线，其他开入用户可自行定义。
DC模块52包括4个接入点，DC模块52用于采集箱变中的直流量信号并将采集到的箱变中的直流量信号发送至CPU模块3，直流量信号为4-20mA的模拟量信号或PT100铂电阻信号，以满足不同箱变结构对模拟量采集的要求，直流量信号包括箱变内部温度、环境温度及变压器油温，当采集到的箱变内部温度、环境温度及变压器油温超过一设定值时，CPU模块3输出温度超限报警信息至显示屏8，在显示屏8中以直观方式显示温度超限报警，以方便运行人员进行监视及维护。
DO模块6包括4个标配接入点，也可以根据需要扩展到9个，DO模块6提供多路输出信号，通过控制继电器的开启和关闭实现对断路器的远程控制。
通讯模块7包括光纤环形以太网通讯插件71，光纤环形以太网通讯插件71设有多个RS485接口711和以太网通讯接口712，其中一个RS485接口711与CPU模块3连接，其余RS485接口711分别与汇流箱、光伏逆变器及智能仪表连接，以太网通讯接口712接入FDDI后与监控主机连接，光纤环形以太网通讯插件71可组成自愈式环形光纤以太网以保证在恶劣条件下的通讯要求，极大提高了本实用新型的可靠性和抗干扰能力，同时光纤环形以太网通讯插件71上的多个RS485接口711通过RS485总线连接现场的各智能设备(如逆变器、汇流箱等)，并将各类设备不同的通讯协议转换成统一的通讯规约，即可将通讯管理功能和以太网交换功能有机结合在一起，这种方式可省去现场的通信柜，降低成本，具有较高的性价比。
另外，如图3所示为本实用新型的组网示意图，本实用新型也可采用以太网的通讯方式接入到以太网交换机，通讯速率为100M/s，通讯规约采用IEC60870-5-104标准规约，同时，本实用新型中的两个RS485通讯接口采用Modbus-RTU通讯规约，方便接入到其他监控系统，整个通讯网络可以方便实现对箱变各信息的实时监控。
显示屏8通过一人机接口(HMI)与CPU模块3连接，用于显示CPU模块3中存储的箱变信息，显示屏8具有触屏操作功能，用户还可以通过显示屏8方便的对本实用新型中的相关参数和保护定值进行设定和调整。
本实用新型还具有大容量信息记录功能，可分别记录最近25次的故障信息和操作信息，其中包括动作参数、动作时间、操作类别、操作时间等信息，且记录数据具有掉电保持功能，其中，故障信息和操作信息中的非电气量保护是由DI模块采集，电气量保护是由AI模块采集数据，记录都是由CPU模块进行记录。
本实用新型还具有以下设计特点：
(1)机箱为加强型单元机箱，能够抗强震动以及强干扰，特别适应于恶劣环境，例如风电场或光伏电站环境温度范围在-40℃～70℃之间的工作环境；
(2)本实用新型中的集成电路全部采用工业品或军品等级，使得整体具有很高的稳定性和可靠性，满足风电场或光伏电站“关门运行”的技术要求；
(3)本实用新型按箱变开关柜的要求进行设计，全封闭结构，采用插件后插拔方式，端子直接出线，减少回路的多次转接，提高装置的可靠性，方便调试和维护。
本实用新型提供的光伏箱变智能监控装置具有遥信、遥测、遥控、遥调功能，能够对箱变运行状况进行远程监视，使光伏电站的巡视更加简单、便捷，从而降低了人工运营维护成本，提高了箱变工作的稳定性和可靠性，为光伏电站的“无人值班、少人职守”创造了条件。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种光伏箱变智能监控装置，用于对光伏箱变进行实时监控，其中，所述光伏箱变中设有变压器和继电器，所述继电器与断路器远程连接，其特征在于，包括：机箱、设置于机箱内部的AI模块、CPU模块、电源模块、信号采集模块、DO模块和通讯模块以及设置于机箱外部的显示屏，其中，
所述AI模块包括第一AI模块和第二AI模块，其中，所述第一AI模块包括六个电流变换器和六个电压变换器，用于采集两个功率点的相关电流量和电压量，所述第二AI模块包括三个电流变换器和三个电压变换器，用于采集一个功率点的相关电流量和电压量，所述第一AI模块和所述第二AI模块分别用于将电流变换器和电压变换器的二次侧电流、电压信号转换为弱电信号，供CPU模块转换，并起到强弱电隔离作用；
所述CPU模块与AI模块、电源模块、信号采集模块、DO模块、通讯模块和显示屏连接，所述CPU模块根据所述AI模块采集到的相关电流量和电压量执行差动保护、三段式电流保护、零序电流保护、低电压和过电压保护；
所述电源模块用于将外部电源转换为+5V电压和+24V电压，其中，+5V电压用于为本装置中的数字元件提供工作电压，+24V电压用于为驱动光伏箱变中的继电器以及直流电源输出；
所述信号采集模块包括DI模块和DC模块，其中，
所述DI模块包括31个接入点，所述DI模块用于采集箱变内的开关量信号并将采集到的箱变内的开关量信号发送至所述CPU模块，所述开关量信号包括多路普通开关量信号和多路非电量保护信号，
所述DC模块包括4个接入点，所述DC模块用于采集箱变中的直流量信号并将采集到的箱变中的直流量信号发送至所述CPU模块，所述直流量信号包括箱变内部温度、环境温度及变压器油温，当采集到的箱变内部温度、环境温度及变压器油温超过一设定值时，所述CPU模块输出温度超限报警信息至所述显示屏；
所述DO模块包括4个标配接入点，所述DO模块提供多路输出信号，通过控制所述继电器的开启和关闭实现对断路器的远程控制；
所述通讯模块包括光纤环形以太网通讯插件，所述光纤环形以太网通讯插件设有多个RS485接口和以太网通讯接口，其中一个RS485接口与所述CPU模块连接，其余RS485接口分别与汇流箱、光伏逆变器及智能仪表连接，所述以太网通讯接口与监控主机连接；
所述显示屏通过一人机接口与CPU模块连接，用于显示CPU模块中存储的箱变信息。
2.根据权利要求1所述的光伏箱变智能监控装置，其特征在于，所述直流量信号为4-20mA的模拟量信号或PT100铂电阻信号。
3.根据权利要求1所述的光伏箱变智能监控装置，其特征在于，所述DI模块采集到的多路普通开关量信号包括低压断路器位置信号、高压负荷开关位置信号、接地刀位置信号、箱变门禁信号、隔离开关熔断器组位置信号和高压熔断器熔断信号。
4.根据权利要求1所述的光伏箱变智能监控装置，其特征在于，所述DI模块采集到的多路非电量保护信号包括变压器重瓦斯信号、变压器轻瓦斯信号、变压器高温信号、变压器超高温信号、压力释放阀动作信号和变压器油位低信号。
5.根据权利要求1所述的光伏箱变智能监控装置，其特征在于，所述CPU模块为32位。
6.根据权利要求5所述的光伏箱变智能监控装置，其特征在于，所述CPU模块还包括RS485网络通讯电路。
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