光伏發(fā)電項(xiàng)目箱變智能監(jiān)控裝置的應(yīng)用與研究

盧尚

摘要：為了改變光伏發(fā)電項(xiàng)目中箱式變壓器（以下簡(jiǎn)稱箱變）成為光伏電站的信息孤島與監(jiān)控盲區(qū)的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電箱變的智能監(jiān)控。本文首先對(duì)光伏電站箱變監(jiān)控管理中引入智能監(jiān)控裝置的必要性進(jìn)行分析，并對(duì)箱變智能監(jiān)控裝置的構(gòu)建流程進(jìn)行詳細(xì)闡述，最后探討了智能監(jiān)控裝置的組網(wǎng)架構(gòu)及應(yīng)用效果，旨在為今后光伏電站箱變管理的優(yōu)化提供參考。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電;箱式變壓器;智能監(jiān)控裝置;箱變管理

1光伏電站箱變管理中引入智能監(jiān)控裝置的必要性分析

傳統(tǒng)箱變監(jiān)控裝置自動(dòng)化程度較低，多數(shù)情況下必須依靠運(yùn)行維護(hù)人員對(duì)開關(guān)狀態(tài)信號(hào)、電流、及功率因數(shù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄與匯報(bào)，無(wú)法有效實(shí)現(xiàn)對(duì)箱變的全面監(jiān)控。而在光伏電站實(shí)際運(yùn)行期間，若箱變故障沒有被第一時(shí)間判斷及處理，那么將會(huì)對(duì)箱變本體乃至區(qū)域性電網(wǎng)造成不可逆損傷[2]。本文結(jié)合當(dāng)前光伏電站的箱變管理工作現(xiàn)狀，對(duì)當(dāng)前箱變監(jiān)管中引入智能監(jiān)控裝置的必要性進(jìn)行分析。

1.1故障控制及識(shí)別智能化

結(jié)合箱變?cè)诠夥娬鞠到y(tǒng)中的作用來(lái)看，箱變的升壓功能作用極其重要[3]。如箱變的運(yùn)行出現(xiàn)問題或存在安全隱患，光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行安全也可能受到一定影響。因此，箱變監(jiān)控管理需具備一定的故障控制、識(shí)別作用，即盡量減少箱變的故障率，而當(dāng)箱變出現(xiàn)故障問題時(shí)，監(jiān)控管理系統(tǒng)需在較短時(shí)間內(nèi)識(shí)別故障區(qū)域，判斷故障類型，并將有效信息傳輸至運(yùn)維人員，以確保箱變恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。從箱變傳統(tǒng)監(jiān)控的應(yīng)用成效來(lái)看，傳統(tǒng)自動(dòng)化監(jiān)管雖然基本實(shí)現(xiàn)了箱變的自動(dòng)化管理，但對(duì)箱變故障控制及識(shí)別的作用有限。相比之下，智能監(jiān)控裝置則可通過(guò)對(duì)箱變的全面監(jiān)測(cè)、控制及管理，達(dá)到箱變故障的有效識(shí)別及控制的目的。

1.2 監(jiān)控管理集成化

近年來(lái)，隨著箱變管理技術(shù)的不斷發(fā)展，高度集成化的監(jiān)控管理系統(tǒng)，逐漸成為監(jiān)控管理模式發(fā)展的主流趨勢(shì)。相較于傳統(tǒng)管理模式而言，基于智能監(jiān)控裝置的箱變監(jiān)控模式，更有助于促進(jìn)箱變高度集成化管理目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。因此，設(shè)計(jì)并推行箱變智能監(jiān)控裝置具有必要意義。

2.箱變智能監(jiān)控裝置構(gòu)建分析

本文主要從箱變智能監(jiān)控裝置保護(hù)功能完備化著手，針對(duì)箱變智能監(jiān)控裝置的構(gòu)建流程進(jìn)行分析。

2.1箱變保護(hù)功能設(shè)置方面

為確保智能監(jiān)控裝置作用的正常發(fā)揮，在設(shè)置該裝置對(duì)箱變的保護(hù)功能時(shí)，可將箱變的保護(hù)功能作為主要參照。基于上述需求，可按照表1所示的功能模式，做好智能監(jiān)控裝置的保護(hù)功能配置：

2.2箱變測(cè)控功能設(shè)置方面

在光伏電站箱變監(jiān)控管理中，動(dòng)態(tài)、準(zhǔn)確的信息采集測(cè)試，是確保智能監(jiān)控裝置具有良好故障識(shí)別、診斷功能的基礎(chǔ)。考慮到光伏電站箱變的測(cè)控需求，可按照如下標(biāo)準(zhǔn)配置智能監(jiān)控裝置的測(cè)控功能：

1. 交流采樣功能。箱變運(yùn)行期間，智能監(jiān)控裝置需能夠動(dòng)態(tài)采集設(shè)備的熔斷器熔斷信號(hào)、開關(guān)狀態(tài)信號(hào)、電流、功率、電壓、有功電度以及無(wú)功電度等相關(guān)信息。以高壓側(cè)為35kV的箱變?yōu)槔谶\(yùn)用智能監(jiān)控裝置開展智能化測(cè)控時(shí)，該裝置需要實(shí)現(xiàn)對(duì)來(lái)自35kV電源提供電流、電壓信息的實(shí)時(shí)化采集，并通過(guò)對(duì)所收集信息的動(dòng)態(tài)分析，確定高壓側(cè)電源及箱變運(yùn)行有無(wú)異常。

2. 功率點(diǎn)。從光伏電站箱變配置狀況來(lái)看，我國(guó)箱變普遍選用雙分裂變壓器[4]。其中，變壓器的高壓側(cè)升壓為一路35kV接入，而另一低壓側(cè)則直接接入逆變器轉(zhuǎn)換的低壓交流電源。為確保智能監(jiān)控裝置的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確測(cè)控，可為該智能裝置配置雙功率點(diǎn)。

3. 傳動(dòng)功能。考慮到光伏電站及箱變的更新、拓展需求，在智能監(jiān)控裝置的前期功能配置階段，需為該裝置配置≥6路的繼電器輸出以及≥30路的遙信開入。在設(shè)備傳動(dòng)方面，可借助光纖環(huán)網(wǎng)交換機(jī)的配置，確保智能監(jiān)控裝置能夠?qū)崟r(shí)接收、傳輸來(lái)自開關(guān)柜、匯流箱等設(shè)備的相關(guān)測(cè)控?cái)?shù)據(jù)信息。

2.3硬件配置方面

除了基礎(chǔ)功能配置外，硬件的選用也與智能監(jiān)控裝置的應(yīng)用成效密切相關(guān)。基于光伏電站箱變監(jiān)控工作的要求，可參照如下模式做好智能監(jiān)控裝置的硬件配置：第一，絕緣電阻。選擇電阻值≥100M Ω的絕緣電阻，作為智能監(jiān)控裝置的絕緣部分。第二，導(dǎo)電電路。為保障智能監(jiān)控裝置的安全性，針對(duì)裝置中的帶電導(dǎo)電電路，均選擇對(duì)地電路[5]。第三，CPU、電源及通訊板等關(guān)鍵元器件選擇。遵循如下標(biāo)準(zhǔn)選擇關(guān)鍵元器件：可承受衰減振蕩波最大值：100kHz;可承受頻率最大值：1MHz;可承受工作溫度范圍：-40℃-70℃。

3.箱變智能監(jiān)控裝置組網(wǎng)

為確保智能監(jiān)控裝置在光伏電站箱變監(jiān)控管理中的應(yīng)用，可經(jīng)如下流程完成智能監(jiān)控裝置的組網(wǎng)工作。

3.1組網(wǎng)方式選擇

通過(guò)對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征的對(duì)比，選擇星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)作為智能監(jiān)控裝置的組網(wǎng)模式。在組網(wǎng)過(guò)程中，可利用箱變周圍的電氣設(shè)備（如逆變器、匯流箱等），按照星形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)特征構(gòu)建基礎(chǔ)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上，按照串聯(lián)原則將適量箱變智能監(jiān)控裝置（感應(yīng)設(shè)備）構(gòu)建成一個(gè)光纖環(huán)網(wǎng)，經(jīng)光纖環(huán)網(wǎng)引出2路光纖，將其連接至光伏電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的主控設(shè)備層中，即可完成智能化箱變監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建。

3.2光纖通訊模塊化配置

為確保智能監(jiān)控裝置具備良好的傳輸功能，可為其配置2個(gè)光纖通訊模塊，借助CPLD數(shù)字控制技術(shù)，構(gòu)建基于智能監(jiān)控裝置的自愈式光纖環(huán)網(wǎng)。其中，CPLD是環(huán)網(wǎng)的自愈接口單元，可借助自身的動(dòng)態(tài)重構(gòu)、高度集成化以及高速性優(yōu)勢(shì)，為智能監(jiān)控裝置提供良好的通訊功能[6]。在運(yùn)行狀態(tài)下，布設(shè)于監(jiān)控裝置中的2個(gè)光纖通訊模塊主要經(jīng)CPLD這一媒介，實(shí)現(xiàn)高效率的數(shù)據(jù)切換、自動(dòng)控制。通常情況下，上述兩模塊同時(shí)發(fā)揮數(shù)據(jù)傳輸功能，向CPU傳輸數(shù)據(jù)，并經(jīng)光纖口傳輸至下一個(gè)光纖通訊模塊的對(duì)應(yīng)接收單元，最終形成動(dòng)態(tài)循環(huán)。而當(dāng)其中一個(gè)光纖通訊模塊及其對(duì)應(yīng)的傳輸通道出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸中斷等故障時(shí)，CPLD可立即識(shí)別上述問題，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通道的自動(dòng)切換。這一實(shí)時(shí)切換模式是確保智能監(jiān)控裝置光纖環(huán)網(wǎng)具備良好自愈功能的基礎(chǔ)[7]。

4.光伏電站箱變智能監(jiān)控裝置的應(yīng)用效果分析

某光伏電站自2018年引入箱變智能監(jiān)控裝置以來(lái)，箱變具備了遠(yuǎn)程監(jiān)視及實(shí)時(shí)接收、傳輸箱變關(guān)鍵運(yùn)行數(shù)據(jù)、故障判斷及報(bào)警，控制邏輯編制及防誤操作等功能，提高了箱變運(yùn)行數(shù)據(jù)（熔斷器熔斷信號(hào)、開關(guān)狀態(tài)信號(hào)、電流、功率、電壓、有功電度以及無(wú)功電度）監(jiān)視與分析的質(zhì)量，極大程度上提升了箱變的運(yùn)行可靠性，有效減少了箱變管理系統(tǒng)的占地面積。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，箱變、逆變器、匯流箱等設(shè)備故障率較傳統(tǒng)管理模式約下降16.21%，箱變管理系統(tǒng)的占地面積較引入該裝置前減少約33.63%。同時(shí)，由于箱變智能監(jiān)控裝置實(shí)現(xiàn)了光纖環(huán)網(wǎng)的自愈功能，并增設(shè)了適用雙分裂變壓器的功率點(diǎn)監(jiān)測(cè)，使得該裝置通訊的可靠性、安全性大幅提升，對(duì)減少箱變判斷故障的反應(yīng)時(shí)間，提前預(yù)判箱變故障具有良好效果，進(jìn)而有效減少了運(yùn)維工作量，為光伏發(fā)電項(xiàng)目的安全可靠運(yùn)行提供了保障。

5.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，加強(qiáng)箱變智能監(jiān)控裝置的設(shè)計(jì)及應(yīng)用推廣具有一定工程實(shí)際意義。為了充分發(fā)揮智能監(jiān)控裝置的價(jià)值，可參照光伏電站箱變監(jiān)控管理的要求，構(gòu)建具有多樣化功能、可靠通訊功能的智能監(jiān)控裝置。此外，在運(yùn)用智能監(jiān)控裝置開展箱變的智能化管理期間，還應(yīng)注意結(jié)合光伏電站箱變故障率、信息采集可靠性，進(jìn)一步優(yōu)化智能監(jiān)控裝置性能，以促進(jìn)箱變監(jiān)控管理質(zhì)量的提升。

參考文獻(xiàn)

[1]游生德. 玉龍光伏電站遠(yuǎn)程集控風(fēng)險(xiǎn)分析及控制措施[J]. 紅水河， 2019.