光伏发电项目箱变智能监控装置的应用与研究

卢尚

摘要：为了改变光伏发电项目中箱式变压器（以下简称箱变）成为光伏电站的信息孤岛与监控盲区的现状，实现光伏发电箱变的智能监控。本文首先对光伏电站箱变监控管理中引入智能监控装置的必要性进行分析，并对箱变智能监控装置的构建流程进行详细阐述，最后探讨了智能监控装置的组网架构及应用效果，旨在为今后光伏电站箱变管理的优化提供参考。

关键词：光伏发电;箱式变压器;智能监控装置;箱变管理

1光伏电站箱变管理中引入智能监控装置的必要性分析

传统箱变监控装置自动化程度较低，多数情况下必须依靠运行维护人员对开关状态信号、电流、及功率因数等数据进行记录与汇报，无法有效实现对箱变的全面监控。而在光伏电站实际运行期间，若箱变故障没有被第一时间判断及处理，那么将会对箱变本体乃至区域性电网造成不可逆损伤[2]。本文结合当前光伏电站的箱变管理工作现状，对当前箱变监管中引入智能监控装置的必要性进行分析。

1.1故障控制及识别智能化

结合箱变在光伏电站系统中的作用来看，箱变的升压功能作用极其重要[3]。如箱变的运行出现问题或存在安全隐患，光伏发电系统的运行安全也可能受到一定影响。因此，箱变监控管理需具备一定的故障控制、识别作用，即尽量减少箱变的故障率，而当箱变出现故障问题时，监控管理系统需在较短时间内识别故障区域，判断故障类型，并将有效信息传输至运维人员，以确保箱变恢复正常运行状态。从箱变传统监控的应用成效来看，传统自动化监管虽然基本实现了箱变的自动化管理，但对箱变故障控制及识别的作用有限。相比之下，智能监控装置则可通过对箱变的全面监测、控制及管理，达到箱变故障的有效识别及控制的目的。

1.2 监控管理集成化

近年来，随着箱变管理技术的不断发展，高度集成化的監控管理系统，逐渐成为监控管理模式发展的主流趋势。相较于传统管理模式而言，基于智能监控装置的箱变监控模式，更有助于促进箱变高度集成化管理目标的实现。因此，设计并推行箱变智能监控装置具有必要意义。

2.箱变智能监控装置构建分析

本文主要从箱变智能监控装置保护功能完备化着手，针对箱变智能监控装置的构建流程进行分析。

2.1箱变保护功能设置方面

为确保智能监控装置作用的正常发挥，在设置该装置对箱变的保护功能时，可将箱变的保护功能作为主要参照。基于上述需求，可按照表1所示的功能模式，做好智能监控装置的保护功能配置：

2.2箱变测控功能设置方面

在光伏电站箱变监控管理中，动态、准确的信息采集测试，是确保智能监控装置具有良好故障识别、诊断功能的基础。考虑到光伏电站箱变的测控需求，可按照如下标准配置智能监控装置的测控功能：

1. 交流采样功能。箱变运行期间，智能监控装置需能够动态采集设备的熔断器熔断信号、开关状态信号、电流、功率、电压、有功电度以及无功电度等相关信息。以高压侧为35kV的箱变为例，在运用智能监控装置开展智能化测控时，该装置需要实现对来自35kV电源提供电流、电压信息的实时化采集，并通过对所收集信息的动态分析，确定高压侧电源及箱变运行有无异常。

2. 功率点。从光伏电站箱变配置状况来看，我国箱变普遍选用双分裂变压器[4]。其中，变压器的高压侧升压为一路35kV接入，而另一低压侧则直接接入逆变器转换的低压交流电源。为确保智能监控装置的实时、准确测控，可为该智能装置配置双功率点。

3. 传动功能。考虑到光伏电站及箱变的更新、拓展需求，在智能监控装置的前期功能配置阶段，需为该装置配置≥6路的继电器输出以及≥30路的遥信开入。在设备传动方面，可借助光纤环网交换机的配置，确保智能监控装置能够实时接收、传输来自开关柜、汇流箱等设备的相关测控数据信息。

2.3硬件配置方面

除了基础功能配置外，硬件的选用也与智能监控装置的应用成效密切相关。基于光伏电站箱变监控工作的要求，可参照如下模式做好智能监控装置的硬件配置：第一，绝缘电阻。选择电阻值≥100M Ω的绝缘电阻，作为智能监控装置的绝缘部分。第二，导电电路。为保障智能监控装置的安全性，针对装置中的带电导电电路，均选择对地电路[5]。第三，CPU、电源及通讯板等关键元器件选择。遵循如下标准选择关键元器件：可承受衰减振荡波最大值：100kHz;可承受频率最大值：1MHz;可承受工作温度范围：-40℃-70℃。

3.箱变智能监控装置组网

为确保智能监控装置在光伏电站箱变监控管理中的应用，可经如下流程完成智能监控装置的组网工作。

3.1组网方式选择

通过对不同网络结构特征的对比，选择星型拓扑结构作为智能监控装置的组网模式。在组网过程中，可利用箱变周围的电气设备（如逆变器、汇流箱等），按照星形拓扑网络特征构建基础星型拓扑结构，在此基础上，按照串联原则将适量箱变智能监控装置（感应设备）构建成一个光纤环网，经光纤环网引出2路光纤，将其连接至光伏电站自动化监控系统的主控设备层中，即可完成智能化箱变监控系统的构建。

3.2光纤通讯模块化配置

为确保智能监控装置具备良好的传输功能，可为其配置2个光纤通讯模块，借助CPLD数字控制技术，构建基于智能监控装置的自愈式光纤环网。其中，CPLD是环网的自愈接口单元，可借助自身的动态重构、高度集成化以及高速性优势，为智能监控装置提供良好的通讯功能[6]。在运行状态下，布设于监控装置中的2个光纤通讯模块主要经CPLD这一媒介，实现高效率的数据切换、自动控制。通常情况下，上述两模块同时发挥数据传输功能，向CPU传输数据，并经光纤口传输至下一个光纤通讯模块的对应接收单元，最终形成动态循环。而当其中一个光纤通讯模块及其对应的传输通道出现数据传输中断等故障时，CPLD可立即识别上述问题，并实现数据通道的自动切换。这一实时切换模式是确保智能监控装置光纤环网具备良好自愈功能的基础[7]。

4.光伏电站箱变智能监控装置的应用效果分析

某光伏电站自2018年引入箱变智能监控装置以来，箱变具备了远程监视及实时接收、传输箱变关键运行数据、故障判断及报警，控制逻辑编制及防误操作等功能，提高了箱变运行数据（熔断器熔断信号、开关状态信号、电流、功率、电压、有功电度以及无功电度）监视与分析的质量，极大程度上提升了箱变的运行可靠性，有效减少了箱变管理系统的占地面积。经统计，箱变、逆变器、汇流箱等设备故障率较传统管理模式约下降16.21%，箱变管理系统的占地面积较引入该装置前减少约33.63%。同时，由于箱变智能监控装置实现了光纤环网的自愈功能，并增设了适用双分裂变压器的功率点监测，使得该装置通讯的可靠性、安全性大幅提升，对减少箱变判断故障的反应时间，提前预判箱变故障具有良好效果，进而有效减少了运维工作量，为光伏发电项目的安全可靠运行提供了保障。

5.结语

综上所述，加强箱变智能监控装置的设计及应用推广具有一定工程实际意义。为了充分发挥智能监控装置的价值，可参照光伏电站箱变监控管理的要求，构建具有多样化功能、可靠通讯功能的智能监控装置。此外，在运用智能监控装置开展箱变的智能化管理期间，还应注意结合光伏电站箱变故障率、信息采集可靠性，进一步优化智能监控装置性能，以促进箱变监控管理质量的提升。

参考文献

[1]游生德. 玉龙光伏电站远程集控风险分析及控制措施[J]. 红水河， 2019.