CN208571394U - 一种基于智能控制器的光伏发电用箱式变电站 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于智能控制器的光伏发电用箱式变电站。它包括低压室、变压器室和高压室，所述低压室内设有进线分支断路器、出线主断路器、智能控制器、绝缘监测定位仪和零序电流互感器，所述变压器室内设有升压变压器，所述高压室内设有高压出线、环网进线和环网出线；所述进线分支断路器和出线主断路器上均设有状态监视开关、故障监视开关，所述进线分支断路器上设有分励脱扣器，所述出线主断路器和负荷开关上均设有电动操作机构，所述状态监视开关、故障监视开关、电动操作机构和分励脱扣器分别连接智能控制器的控制接口。本实用新型能优化结构、简化接线，符合输变电工程的需求，从而提高系统运行、维护和检修工作效率。
Description
技术领域
本实用新型属于光伏电站技术领域，具体涉及一种基于智能控制器的光伏发电用箱式变电站。
背景技术
近年来，随着光伏发电系统的大力发展，尤其是光伏发电系统中、高压并网方式的增多，升压变压器已成为系统中必不可少的设备。光伏发电系统中的箱式变电站一般由高压部分、升压变压器、低压部分三部分组成：高压部分有一台高压保护柜(用于变压器及线路保护和作为线路、设备断开点)、二台环网柜(用于光伏特有的“手拉手”接线)；升压变压器是把逆变器输出的交流低压转换成中压(一般为10～35kV)，常用容量为1000kVA和1250kVA；低压部分有低压进线柜和低压出线柜，低压进线一般设计为8路，可以连接8只交流汇流箱，低压出线柜是把8路输入汇流成1路输出接至升压变压器低压侧。低压进线支路采用塑壳断路器+出线主路采用框架断路器方案，高压通常采用负荷开关+熔断器方案，低压各支路投切现场操作和通过箱变控制器远程断开操作，低压主路和高压投切可现场操作、也可通过箱变控制器远程操作。
在大型或分布式光伏发电系统实际工程应用中，由于箱式变电站安装分散、低压进线电缆数量多，导致查找其故障原因及进行更换损坏元件的工作较为繁琐。目前市场上应用于箱式变电站的元器件普遍存在以下问题：a).各低压支路断路器均不配状态运行和故障报警触点，无法远程监视其工作状态；b).高压开关不配电动操作机构，无法远程控制；c).箱变内不设温度、湿度传感器，不能实时了解箱内温度和湿度，故障时不能及时判断事故原因；d).箱变内不设进线电缆绝缘监测定位装置，不能及时了解线路绝缘损坏情况易引发火灾。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种基于智能控制器的光伏发电用箱式变电站，实现对变压器高、低压侧主要电气开断设备的控制功能并采集箱变内的各种电气量参数和非电气量参数，通过数据远传功能，从而提高故障判断、维护和检修工作效率。
本实用新型采用的技术方案是：一种基于智能控制器的光伏发电用箱式变电站，包括低压室、变压器室和高压室，所述低压室内设有进线分支断路器、出线主断路器、智能控制器、绝缘监测定位仪和零序电流互感器，所述变压器室内设有升压变压器，所述高压室内设有高压出线、环网进线和环网出线；所述进线分支断路器的一端连接零序电流互感器，所述进线分支断路器的另一端通过低压总线与出线主断路器一端连接，出线主断路器的另一端连接升压变压器的低压侧，升压变压器的高压侧连接高压出线一端，高压出线另一端通过高压总线连接环网进线和环网出线；
所述低压总线上设有第一电力计量仪表，高压出线上设有负荷开关和第二电力计量仪表，所述零序电流互感器输出端连接绝缘监测定位仪的输入端，所述第一电力计量仪表、第二电力计量仪表和绝缘监测定位仪的输出端分别连接智能控制器的输入端；所述进线分支断路器和出线主断路器上均设有状态监视开关、故障监视开关，所述进线分支断路器上设有分励脱扣器，所述出线主断路器和负荷开关上均设有电动操作机构，所述状态监视开关、故障监视开关、电动操作机构和分励脱扣器分别连接智能控制器的控制接口。
进一步地，所述低压室、变压器室和高压室内均设有温度传感器和湿度传感器，所述温度传感器和湿度传感器的输出端分别连接智能控制器的输入端。
进一步地，所述低压室、变压器室和高压室内均设有感烟探测器，所述感烟探测器的输出端分别通过监视开关连接智能控制器的输入端。
进一步地，所述低压室内设有用于为箱式变电站内各设备提供工作电源的电源辅助装置，所述电源辅助装置的输入端连接一端保护断路器，保护断路器另一端通过低压总线连接出线主断路器。
进一步地，所述保护断路器上设有状态监视开关，状态监视开关连接智能控制器的控制接口。
更进一步地，所述出线主断路器的另一端设有熔断器和电涌保护器，所述电涌保护器上设有状态监视开关、故障监视开关，状态监视开关和故障监视开关分别连接智能控制器的控制接口。
本实用新型在断路器、负荷开关及浪涌保护器上设置状态监视开关、故障监视开关和/或电动操作机构，通过智能控制器的控制，可实现汇流箱内各元器件的工作状态远程监视、控制、电力参数及电缆线路绝缘的监测，能够快速判断设备、线路故障和分析电力参数的变化，为光伏发电系统的运维计划、发电量的估算提供重要依据；能优化结构、简化接线，符合输变电工程的需求，从而提高系统运行、维护和检修工作效率。
附图说明
图1为本实用新型的结构布置示意图。
图2为本实用新型的一次接线图。
图3为本实用新型的二次接线图。
图中：1-低压室；2-变压器室；3-高压室；4-低压进出线柜；5-低压辅助柜；6-环网进线柜；7-环网出线柜；8-高压出线柜；9-智能控制器；10-绝缘监测定位仪；11-零序电流互感器；12-第一电力计量仪表；13-温度传感器；14-湿度传感器；15-感烟探测器；16-辅助电源装置；17-低压总线；18-升压变压器；19-高压总线；20-高压出线；21-环网进线；22-环网出线；23-第二电力计量仪表。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明，便于清楚地了解本实用新型，但它们不对本实用新型构成限定。
如图1-3所示，本实用新型一种基于智能控制器的光伏发电用箱式变电站，包括低压室1、变压器室2和高压室3，所述低压室1内设有进线分支断路器1QF-8QF、出线主断路器0QF、智能控制器9、绝缘监测定位仪10和零序电流互感器11，进线分支断路器1QF-8QF、出线主断路器0QF位于低压进出线柜4内部，其余设备位于低压辅助柜5内部；所述变压器室2内设有升压变压器18；所述高压室3内设有高压出线20、环网进线21和环网出线22，高压出线20、环网进线21和环网出线22分别位于高压出线柜8、环网进线柜6和环网出线柜7内部。所述进线分支断路器1QF-8QF的一端连接零序电流互感器11，所述进线分支断路器1QF-8QF的另一端通过低压总线17与出线主断路器0QF一端连接，出线主断路器0QF的另一端连接升压变压器18的低压侧，升压变压器18的高压侧连接高压出线20一端，高压出线20另一端通过高压总线19连接环网进线21和环网出线22；零序电流互感器11采用的型号为LZZBJ9-10。
所述低压总线17上设有第一电力计量仪表12，高压出线20上设有负荷开关QL和第二电力计量仪表23，第一电力计量仪表和第二电力计量仪表采用的型号为GRT-B803S，所述零序电流互感器11输出端连接绝缘监测定位仪10的输入端，所述第一电力计量仪表12、第二电力计量仪表21和绝缘监测定位仪10的输出端分别连接智能控制器9的输入端；所述进线分支断路器1QF-8QF和出线主断路器0QF上均设有状态监视开关0QFK1-8QFK1、故障监视开关0QFK2-8QFK2，所述进线分支断路器1QF-8QF上设有分励脱扣器1QFK3-8QFK3，所述出线主断路器0QF和负荷开关QL上分别设有电动操作机构0QFK4和QLK4，所述状态监视开关、故障监视开关、电动操作机构和分励脱扣器分别连接智能控制器9的控制接口。电动操作机构可以采用乐清市杨林电器厂CD4系列的产品，分励脱扣器采用ABB系列的产品。
1QF-8QF为进线分支断路器，自带的状态监视开关1QFK1-8QFK1、故障监视开关1QFK2-8QFK2(状态监视开关可判定该断路器是处于断开还是闭合状态；故障监视开关是当接入线路因过负荷、过流或短路等故障时发出报警信号。)和分励脱扣器1QFK3-8QFK3，具有过负荷、过流、短路三段保护；可实现远程运行状态、故障状态监视和远程分闸操作。平时，断路器正常运行，工作信号远程显示正常；因线路故障或线路绝缘低于下限值(由绝缘监测定位仪发出支路线路绝缘下限信号至箱变智能控制器通过支路断路器分励脱扣器跳闸)导致断路器跳闸时，故障监视开关闭合，远程显示该断路器或线路出现异常，及时通知运维人员前去处理。状态监视开关和故障监视开关采用的型号为DZ47-60A。
0QF为出线主断路器，汇聚各低压进线线路电流后输出，自带电动操作机构和状态监视开关、故障监视开关，具有过负荷、过流、短路、欠电压四段保护；可实现远程分、合闸控制及运行状态、故障状态监视。平时，主断路器正常运行，工作信号远程显示正常；因线路或分支断路器故障导致主断路器跳闸时，故障监视开关闭合，远程显示该主断路器或线路出现异常，及时通知运维人员前去处理；还可远程控制主断路器的合闸与分闸。进线分支断路器、出线主断路器采用的型号为NSX400N。
TM为升压变压器18是把逆变器(逆变器是把光伏组件发出的直流电转换成与市电网相同频率、相位的交流电的装置)输出的低电压转换成高电压的升压装置，在本例中把逆变器输出的500V交流电压转换成10kV后与市电网并网，升压变压器采用的型号为SJL-1000/10。升压变压器自带温控器和散热风机，散热风机由温控器自动控制，温控器还带超温及超高温无源常开输出触点和RS485通讯模块(Modbus协议)。
QL为10kV负荷开关，用以接通和断开10kV电源线路，与FU熔断器及接地开关相互联锁，负荷开关采用的型号为FZRN1-12。只有负荷开关断开时，接地开关才能闭合，反之亦然。当熔断器熔丝熔断时负荷开关自动断开，同时发出远程故障报警信号。正常运行时，运行状态监视开关动作，工作信号远程显示正常。
Y1和Y2分别为第一电力计量仪表12和第二电力计量仪表23，具有实时测量相电压、线电压、相电流，有功、无功、视在功率(三相及总值)、有功、无功、视在电能，功率因数(三相及总值)和频率；显示需用量：电流(当前值及最大值)，有功、无功及视在功率(当前值及最大值)；电能质量监测：谐波畸变(THDI、TYDV)，单次谐波达31次(此为可选件，本次须选)功能。此外，还自带RS485通讯模块(Modbus协议)，具有远程读数、设置和复位功能，实现遥测。
智能控制器9的作用：监测进线分支断路器、负荷开关、电涌保护器的运行状态、故障状态；监测感烟探测器的运行状态和接收火灾报警信号；就地或远程控制出线主断路器和高荷开关的闭合、断开，远程控制进线分支断路器的断开；监视箱变运行温度和箱变各室门状态、超高温断开高压侧负荷开关，并把上述参数通过通讯总线传送至主控制室，实现遥信、遥控。智能控制器采用一般的PLC控制单元或DCK-830/DCK-830智能操控装置。
绝缘监测定位仪10由绝缘监测和自动故障定位二部分组成，绝缘监测定位仪采用的型号为XML316，绝缘监测可测量各个进线回路的绝缘电阻和对地泄漏电容，并能分级设置为绝缘电阻正常值偏下某一值报警和下限(即故障值)对应支路开关跳闸断开所监测线路；自动故障定位可准确定位绝缘故障线路(将一个定位仪连至回路的环形互感器上，通过绝缘监测器产生的低频故障定位信号来鉴别故障回路)。上述信号可通过RS485接口上传至智能控制器，实现遥测。
上述方案中，低压室1、变压器室2和高压室3内均设有温度传感器13和湿度传感器14，所述温度传感器13和湿度传感器14的输出端分别连接智能控制器9的输入端。温度传感器13和湿度传感器14作用是监测箱变内的环境温度与湿度，通过箱变内环境温、湿度的变化监测各元器件的工作情况为判断工作提供依据，实现遥测；当箱变内环境湿度达到设定值时加热器自动运行，降低箱变内环境湿度。温度传感器和湿度传感器采用HTU21系列的温湿度传感器。
上述方案中，低压室1、变压器室2和高压室3内均设有感烟探测器15，所述感烟探测器15的输出端分别通过监视开关K5-K7连接智能控制器9的输入端。感烟探测器15用于监视各室电气短路、绝缘损坏引发的电气火灾。感烟探测器采用的型号为JTW-GD-TC3121。
上述方案中，低压室1内设有用于为箱式变电站内各设备提供工作电源的电源辅助装置16，所述电源辅助装置16的输入端连接一端保护断路器9QF，保护断路器9QF另一端通过低压总线17连接出线主断路器0QF。保护断路器9QF上设有状态监视开关9QFK1，状态监视开关9QFK1连接智能控制器9的控制接口。
电源辅助装置16采用微型变压器，把光伏发电系统中逆变器的输出交流电压(200～500V)变换为标准的380/220V的电压后供电给箱变内各装置工作电源，属自取电模式。保护断路器9QF为箱式变电站各设备用辅助电源装置提供保护，自带状状态监视开关9QFK1，具有过流、短路二段保护，可实现远程运行状态监视。平时，保护断路器保持闭合状态，正常运行，工作信号远程显示正常；因辅助电源装置所带负荷过流或短路导致断路器跳闸时，远程显示运行状态监视开关断开，及时通知运维人员前去处理。
上述方案中，出线主断路器0QF的另一端设有熔断器FU和电涌保护器FV，所述电涌保护器FV上设有状态监视开关FVK1、故障监视开关FVK2，状态监视开关FVK1和故障监视开关FVK2分别连接智能控制器9的控制接口。电涌保护器FV为箱内各元器件、各进线线路提供操作过电压、雷电感应过电压、雷电波侵入过电压保护，自带状态监视开关、故障监视开关，可实现远程运行状态、故障状态监视。平时，电涌保护器FV正常运行，工作信号远程显示正常；电涌保护器FV故障时，故障监视开关闭合，远程显示该电涌保护器出现异常，及时通知运维人员前去处理。
在箱式变电站各门上还可以安装行程开关，用以监视箱式变电站门的关、合状态。
本实用新型光伏箱式变电站加入了故障自诊断功能，在系统运行时能不断检测箱变内各元器件及线路的运行状态，并根据不同的状态发出不同的操作命令，大大提高了箱变的安全运行水平。箱变的智能控制器可对箱变运行状态和数据进行全方位的检测，能随时了解箱变的运行情况，减少了运行人员的工作量。通过对进线线路的绝缘监测及时掌握线路的运行情况，避免了线路因绝缘下降导致的接地、短路等故障引起的火灾或停电所造成的损失。
本实用新型的优点在于通过数据远程传输，可实现遥控：对应高压侧负荷开关、低压侧主断路器的远程断开和闭合，低压各分支断路器的远程断开；遥测：对应高压侧、低压侧线路的电力参数的检测，低压侧线路绝缘电阻、对地泄漏电容的检测，升压变压器运行温度的检测，高压室、变压器室、低压室温湿度的检测；遥信：高压侧负荷开关和熔断器的运行状态、故障状态、储能装置的储能状态，低压侧各分支路及主断路器的运行状态、故障状态，低压侧电涌保护器的运行状态，高压室、变压器室、低压室门开合状态及各室火灾监视。能优化结构、简化接线，符合供配电工程的远程监控需求，从而提高设备安全运行、维护和检修工作效率。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (6)
1.一种基于智能控制器的光伏发电用箱式变电站，包括低压室(1)、变压器室(2)和高压室(3)，所述低压室(1)内设有进线分支断路器、出线主断路器、智能控制器(9)、绝缘监测定位仪(10)和零序电流互感器(11)，所述变压器室(2)内设有升压变压器(18)，所述高压室(3)内设有高压出线(20)、环网进线(21)和环网出线(22)；所述进线分支断路器的一端连接零序电流互感器(11)，所述进线分支断路器的另一端通过低压总线(17)与出线主断路器(0QF)一端连接，出线主断路器(0QF)的另一端连接升压变压器(18)的低压侧，升压变压器(18)的高压侧连接高压出线(20)一端，高压出线另一端通过高压总线连接环网进线(21)和环网出线(22)；
其特征在于：所述低压总线上设有第一电力计量仪表(12)，高压出线上设有负荷开关和第二电力计量仪表(23)，所述零序电流互感器(11)输出端连接绝缘监测定位仪(10)的输入端，所述第一电力计量仪表(12)、第二电力计量仪表(23)和绝缘监测定位仪(10)的输出端分别连接智能控制器(9)的输入端；所述进线分支断路器和出线主断路器上均设有状态监视开关、故障监视开关，所述进线分支断路器上设有分励脱扣器，所述出线主断路器和负荷开关上均设有电动操作机构，所述状态监视开关、故障监视开关、电动操作机构和分励脱扣器分别连接智能控制器的控制接口。
2.根据权利要求1所述的基于智能控制器的光伏发电用箱式变电站，其特征在于：所述低压室(1)、变压器室(2)和高压室(3)内均设有温度传感器(13)和湿度传感器(14)，所述温度传感器(13)和湿度传感器(14)的输出端分别连接智能控制器(9)的输入端。
3.根据权利要求1所述的基于智能控制器的光伏发电用箱式变电站，其特征在于：所述低压室(1)、变压器室(2)和高压室(3)内均设有感烟探测器(15)，所述感烟探测器(15)的输出端分别通过监视开关连接智能控制器(9)的输入端。
4.根据权利要求1所述的基于智能控制器的光伏发电用箱式变电站，其特征在于：所述低压室(1)内设有用于为箱式变电站内各设备提供工作电源的电源辅助装置(16)，所述电源辅助装置(16)的输入端连接一端保护断路器(9QF)，保护断路器(9QF)另一端通过低压总线连接出线主断路器(0QF)。
5.根据权利要求4所述的基于智能控制器的光伏发电用箱式变电站，其特征在于：所述保护断路器(9QF)上设有状态监视开关，状态监视开关连接智能控制器(9)的控制接口。
6.根据权利要求1所述的基于智能控制器的光伏发电用箱式变电站，其特征在于：所述出线主断路器(0QF)的另一端设有熔断器(FU)和电涌保护器(FV)，所述电涌保护器(FV)上设有状态监视开关、故障监视开关，状态监视开关和故障监视开关分别连接智能控制器(9)的控制接口。
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2018
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