[发明专利]光伏汇流专用故障电弧探测灭弧装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于光伏汇流箱内高压直流放电电弧的监测和灭弧的装置。

背景技术

绿色能源的太阳能光伏发电技术在日益能源枯竭和生态环境的长远保护多重压力下，得到了广泛的重视和应用。当前国内外光伏发电产业呈现迅猛发展的态势。光伏防雷智能汇流箱，运用于太阳能发电系统光伏电池阵列的汇流配电设施中，实现对光伏电池列阵的汇流、监测、保护以及通讯功能，是光伏电站系统设施中重要的前端设备。

光伏汇流箱处于直流高压大电流的工作环境，在一次回路上的直流电压最高可超过880V，电流单路均可达10A以上。运行时，如一旦发生线端松脱、绝缘击穿、表面爬电，就会放电，产生连续的高温电弧。光伏发电是直流高压电流，一旦发生电弧，放电电流无过零过程，不切断电源极难自动电弧熄灭。(不像工频交流电压、电流幅值每秒有一百次过零过程，发生电弧时，会在工频过零过程中易于自行灭弧。)

故障电弧发生时，由于电弧本身会吸收电路中大部分能量转化为高温电离气体，且是串接在电流回路中，使整个回路的电流比正常工作时要小，根本不会引起短路过载保护电器(如直流高压熔断器和直流高压断路器)的过流保护动作。而持续的直流电弧转化的高温电离气体，会将电缆、电器设备以至金属箱体烧毁。不但光伏汇流箱设备烧损，还可引起区域面积停电，甚至可引发火灾，后果十分严重。

鉴于光伏电站光伏阵列和汇流箱的应用现场多处于人烟稀少的远山荒坡，运行作业多为少人管理、遥信操作模式；由故障电弧发生光伏汇流箱烧毁事故时有发生，给光伏电站安全、经济发电带来极大的隐患和危害。

为杜绝此类事故发生，除设计增强设备的抵抗绝缘电阻被氧化破坏、污垢劣化的能力以减少故障电弧产生的温床外，能探测到初始故障电弧，并及时加以控制，是防止恶性循环、放电击穿发展成严重事故的首选有效的技术手段。

国内外故障电弧探测技术研究现状基本是针对交流工频电力设备，常见方案有如下一些：

1)电压探测方法：UL的标准UL1699【1】所介绍的交流电流的平均值的分析试验方法及相关的电弧保护产品。

2)压力探测方法：西门子公司利用故障电弧的压力效应开发的故障电弧探测系统。

3)弧光探测方法：ABB公司ARC Guard System由电弧监控器和电流检测单元组成的弧光、电流信号双判据故障电弧探测系统。

及其他以弧声和/或弧光作为故障电弧早期预警特征信号的探测方法研究热点等。

由于光伏电站的光伏阵列的汇流箱运行于直流高压电力条件，目前在其领域尚无可靠、成熟的应用于光伏汇流箱的故障电弧的产品技术。

上述电压探测方法，由于汇流箱是直流电压波形无法检出故障波形；而压力探测方法由于汇流箱内电弧故障压力低于探测装置所需要的压力阀值，易引起漏判。ABB公司ARC故障电弧光探测系统由于适用于开放式母线系统中，弧光传感器的间隔需为5～6m，因而在光伏汇流箱0.07m³的空间内无法应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够应用在光伏汇流箱的狭小空间内且不易引起漏判的用于检测故障电弧的装置。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种光伏汇流专用故障电弧探测灭弧装置，其特征在于：包括对电弧光谱具有较大衰减特性的第一复眼透镜及具备广谱透光特性的第二复眼透镜，由第一复眼透镜及第二复眼透镜分别将第一光敏管组及第二光敏管组罩住，第一光敏管组仅输出散射日光的光电信号，第二光敏管组则输出散射日光及电弧光的光电信号，第一光敏管组及第二光敏管组的输出端连接信号拓扑处理模块，由信号拓扑处理模块输出放大后的电弧光的光电信号，该光电信号即为故障电弧探测信号。

优选地，所述第一复眼透镜及所述第二复眼透镜采用多球面镜半球聚焦技术，对小空间近距的电弧光及散射日光实现广角采集。

优选地，所述信号拓扑处理模块包括第一信号放大电路及第二信号放大电路，由第一信号放大电路及第二信号放大电路分别将所述第一光敏管组及所述第二光敏管组输出的光电微信号进行精密放大，第一信号放大电路及第二信号放大电路分别连接第一基础信号矫正电路及第二基础信号矫正电路，由第一基础信号矫正电路及第二基础信号矫正电路分别对输入的信号进行针对白电平的基础矫正，第一基础信号矫正电路及第二基础信号矫正电路连接差动放大电路，由差动放大电路将放大及矫正后的散射日光及电弧光的光电信号与散射日光的光电信号相抵，从而输出所述放大后的电弧光的光电信号，该光电信号即为故障电弧探测信号。