專利名稱：變電站rtu終端通信總線防雷、防過壓保護系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于變電站RTU終端通信總線防雷、防過壓保護技術領域。
技術背景伴隨越來越多的微機保護及其他智能終端在變電站的大量使用，通迅防雷、防過壓成為工程設計的一項重要工作。通訊防雷一^L是作為三級防雷出 現(xiàn)，即在一二級防雷的基礎上，再對通訊等二次薄弱環(huán)節(jié)增設的保護手段。變電站RTU及其他智能終端通訊系統(tǒng)受到雷電干擾，主要有以下幾個渠道(1) 大地網(wǎng)形成不等電位因地質(zhì)原因或施工原因而出現(xiàn)的接地網(wǎng)接 地電阻過高和接地電阻分配不均勻，會在泄放雷擊電流時，在地網(wǎng)的不同處 形成不等電位(即電壓差)，這一高頻的電壓差因為高頻電容耦合的原因， 而施加于設備的不同部分，造成器件過壓損壞。(2) 通訊線感應過電壓如雷擊發(fā)生于通訊線附近的區(qū)域，會通過周 圍導線、設備、土地形成的空間和電氣耦合，作用到通訊電壓只有幾伏或十 幾伏的通訊器件，造成通訊設備損壞。(3) 反擊過電壓多地網(wǎng)存在時，當一處地網(wǎng)泄放雷擊電流時，過高 的地電壓可能導致附近另一處地網(wǎng)設備的絕緣擊穿等故障，我們稱為反擊。(4) 地電網(wǎng)環(huán)流通訊屏蔽多點接地于不十分理想的地網(wǎng)系統(tǒng)，會造 成地網(wǎng)環(huán)流，在雷擊狀態(tài)下，此環(huán)流很大，造成通訊設備損壞。目前通訊防雷主要的技術手段是選用合適規(guī)格的浪涌(電涌)保護器，在所有自動化裝置的通訊入口處增配初級浪涌保護裝置。增配浪涌保護裝置 后，通訊^t塊的故障率有所下降，但在強雷擊狀況下仍有不少故障情況存在， 影響到變電站的運行安全和工作效率?，F(xiàn)有浪涌保護器的結構比較簡單，體 積小巧，泄放能量有限，適用于大多數(shù)通訊場合的防雷和過電壓保護，但是 對于變電站場合防雷能力有顯薄弱，因為變電站一般電磁干擾相對嚴重，野 外場合雷電沖擊普遍偏大。從實踐經(jīng)驗看，普通的浪涌保護器在使用過程中 出過不少故障。在有普通防雷器保護的情況下，微機保護裝置或其他智能終端的通訊模塊還會損壞，經(jīng)過分析，主要原因有以下幾點(1) 接地電阻過大或不均勻 理想的接地網(wǎng)是一個無窮大地網(wǎng)，即接地電阻為零，這種情況下，如果設備不直接遭受雷擊，理論上設備的各個組成部分是不可能遭受雷擊損壞 的。但是由于地質(zhì)原因，即使是投資很大的變電站，其地網(wǎng)也不能保證十分 理想，特別是山區(qū)石質(zhì)場合，具體表現(xiàn)為接地電阻偏大、電阻分配不均勻。 這種情況下，當高頻大電流流過地網(wǎng)時，會在地網(wǎng)上形成很高電壓差，打壞 設備。傳統(tǒng)的防雷器是以良好地網(wǎng)為設計前提的，所以當出現(xiàn)上述情況時防 雷效果就會大打折扣。(2) 沒有等電位保護設計普通的防雷器件為節(jié)省成本，是以良好地網(wǎng)作為設計前提的，所以沒有 在有電氣聯(lián)系的系統(tǒng)、子系統(tǒng)中各個需保護的點設計等電位保護措施，無法 確保各個點的最大電壓偏差在允許范圍之內(nèi)，導致通訊設備過壓而損壞。(3) 器件容易老化，失去防雷作用 普通通訊防雷器件都是無源裝置，多次卸放較大能量后，防雷器件可能會老化，由于沒有狀態(tài)指示功能，工作人員無法實時監(jiān)控防雷器件的工作狀 態(tài)，防雷器件功能失效后不能得到及時的維護和更換，導致通訊設備在沒有 防雷措施的條件下運行，嚴重威脅通訊設備的安全。實用新型內(nèi)容本實用新型針對現(xiàn)有防雷器的不足，提供一種變電站RTU終端通信總線 防雷、防過壓保護系統(tǒng)，采取吸收、等電位、有源等多種防雷、防過電壓措 施優(yōu)化組合，徹底解決雷擊及操作過電壓對變電站RTU及其他智能終端通信 總線的影響，確保變電站RTU及其他智能終端通信總線的安全。本實用新型提供的變電站RTU終端通信總線防雷、防過壓保護系統(tǒng)包括由以下部分組成的防雷模塊共模高頻吸收電路，由鐵磁元件組成，吸收雷電波耦合進來的共模高頻 信號，以熱量形式耗散；能量泄放電3各，將絕大多數(shù)的雷電能量泄放至地網(wǎng)；高頻阻尼電路，由感性元件組成，對高頻信號形成高阻，減少對通訊器 件的泄放能量；鉗位保護電路，將通訊線對地電壓鉗制到對設備不造成傷害的水平； 等電位保護電路，防止屏蔽層因受雷電干擾形成過高的感應電壓； 上述共模高頻吸收電路、能量泄放電路、高頻阻尼電路、鉗位保護電路 沿屏蔽通信線纜信號輸送方向依次設置。進一步，還包括有源檢測控制模塊，包括內(nèi)置智能芯片的檢測控制器、 與檢測控制器相連接的狀態(tài)指示單元以及為監(jiān)測控制器和狀態(tài)指示單元供 電的電源，以統(tǒng)計雷擊過壓次數(shù)、雷擊點，并與變電站綜合自動化系統(tǒng)通信(RS485總線或者CANBUS總線)，將統(tǒng)計信息上傳調(diào)度。有源檢測控制模塊 監(jiān)控防雷保護電路的有效性，改善等電位保護電路的保護曲線，通過旁路措 施提高雷電泄放能力，同時提高防雷設備的耐用性。檢測控制模塊監(jiān)控電路 能指示防雷設備的狀態(tài)，為運行人員提供幫助，同時檢測控制模塊里面內(nèi)置 智能芯片，可以統(tǒng)計雷擊過壓次數(shù)、雷擊點，并與變電站綜合自動化系統(tǒng)通 信(RS485總線或者CANBUS總線)，將統(tǒng)計信息上傳調(diào)度。本系統(tǒng)的工作原理是在變電站RTU及其他智能設備布置通信總線時， 將防雷模塊設置在每個節(jié)點上。雙芯屏蔽線纜(包括屏蔽線)從防雷模塊一 側輸入另一側輸出。當發(fā)生雷擊時，雷電波耦合進來的共模高頻信號首先由 特殊鐵磁元件組成的回路吸收并以熱量形式耗散，緊接著能量泄放電路將絕 大多數(shù)的雷電能量泄放至地網(wǎng)，經(jīng)過前兩個環(huán)節(jié)雷電能量已經(jīng)大大降低，為 了更好的保護通信模塊，采用高頻阻尼電路再次對高頻信號進行處理，高頻 阻尼電路對高頻信號形成高阻，減少高頻信號對通訊器件的泄放能量；采用 鉗位保護將通訊線對地電壓鉗制到對設備不造成傷害的水平，還采用等電位 保護防止屏蔽層因受雷電干擾形成過高的感應電壓，至此，雷電能量已經(jīng)不 能對通信模塊造成任何損害了，通過以上各種措施整個方案更加的完善。為 了提高防雷模塊的智能性，在檢測控制模塊里面內(nèi)置智能芯片，可以統(tǒng)計雷 擊過壓次數(shù)、雷擊點，并與變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)通信(RS485總線或 者CANBUS總線)，將統(tǒng)計信息上傳調(diào)度。本實用新型針對現(xiàn)有防雷器的不足，采用吸收、等電位、有源等防雷保 護原理，將多種防雷、防過電壓措施優(yōu)化組合，在強雷擊及操作過電壓時能 控制變電站RTU及其他智能終端通信芯片的施加電壓在5V左右，從而保護 通信芯片不會損壞，通信正常，徹底解決雷擊及操作過電壓對變電站RTU及其他智能終端通信總線的影響。本系統(tǒng)還配置有內(nèi)置智能芯片的檢測控制模 塊，以實時準確統(tǒng)計雷擊過壓次數(shù)、雷擊點，檢測控制模塊與變電站綜合自
動化系統(tǒng)通信(RS485總線或者CANBUS總線)，將統(tǒng)計信息上傳調(diào)度；此外， 還包括有后臺監(jiān)控軟件，安裝于變電站綜合自動化客戶機上，方便監(jiān)控通信 總線雷擊或過電壓信息，提高了防雷系統(tǒng)的智能性。
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。
圖1是本實用新型的電路原理圖。
具體實施方式
本實用新型采用吸收、等電位、有源等防雷保護原理，將多種防雷、防 過電壓措施優(yōu)化組合，在強雷擊及操作過電壓時能控制變電站RTU及其他智 能終端通信芯片的施加電壓在5V左右，從而保護通信芯片不會損壞，通信 正常；并配置檢測控制模塊，以實時準確統(tǒng)計雷擊過壓次數(shù)、雷擊點，提高 防雷系統(tǒng)的智能性。下面結合圖1，對本實用新型的技術方案進行詳細描述
變電站RTU終端通信總線防雷、防過壓保護系統(tǒng)分為分散防雷模塊和后 臺監(jiān)控軟件兩個部分。防雷模塊包括集裝在盒體內(nèi)的防雷模塊和有源檢測控 制模塊，其外形小巧，設置在通信總線的每個節(jié)點，就近安裝在開關拒或者 保護屏柜的接線導軌或者強力貼于屏拒內(nèi)側壁；后臺監(jiān)控軟件安裝于變電站 綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)客戶機上，便于監(jiān)控通信總線雷擊及過壓信息。
防雷模塊由共模高頻吸收電路1、能量泄放電路2、高頻阻尼電路3以 及鉗位保護電路4和等電位保護電路5共同構成，共模高頻吸收電路l、能量泄放電路2、高頻阻尼電路3、鉗位保護電路4沿屏蔽通信線纜信號輸送 方向依次設置。其中
共模高頻吸收電路l，由鐵^磁元件組成，吸收雷電波耦合進來的共模高 頻信號，以熱量形式耗散。
能量泄放電路2，主要是采用固態(tài)放電管，它是基于可控硅原理的一種 負阻器件，在沖擊電壓作用下，其前沿上沖電壓非常低，顯示出極強的抑制 特性，并且響應速度非?？?納秒級)，分布電容小，殘壓低于5V，通過能 量泄放電路可將絕大多數(shù)的雷電能量泄放至地網(wǎng)。本實施例中能量泄放電路 2包括三個固態(tài)放電管Dl、 D2、 D3，固態(tài)放電管Dl跨接在第一、第二信號 線A、 B之間，固態(tài);故電管D2、 D3分別連接在第一、第二信號線A、 B與保 護接地PE之間。
高頻阻尼電路3，包括分別串接在屏蔽通信線纜第一、第二信號線A、 B 上的感性元件L1、 L2、阻性元件R1、 R2組成，對高頻信號形成高阻，減少 對通訊器件的泄放能量。
鉗位保護電路4，包括分別連接在屏蔽通信線纜第一、第二信號線A、 B 與保護接地PE之間的電壓鉗制型瞬態(tài)抑制二極管TVS1、 TVS2，將通訊線對 地電壓鉗制到對設備不造成傷害的水平。
等電位保護電路5，包括連接在屏蔽通信線纜屏蔽線C與保護接地PE之 間的等電位保護器，防止屏蔽層因受雷電干擾形成過高的感應電壓。
有源檢測控制模塊，包括內(nèi)置智能芯片的檢測控制器6、與檢測控制器 6相連接的狀態(tài)指示單元7以及為監(jiān)測控制器6和狀態(tài)指示單元7供電的 AC/DC220V交直流電源8，以統(tǒng)計雷擊過壓次數(shù)、雷擊點，并通過RS485總 線或CANBUS總線與變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)9通信，將統(tǒng)計信息上傳調(diào)度。有源檢測控制模塊監(jiān)控防雷保護電路的有效性，改善等電位保護電路的 保護曲線，通過旁路措施提高雷電泄放能力，同時提高防雷設備的耐用性。 檢測控制器6內(nèi)置智能芯片，可以統(tǒng)計雷擊過壓次數(shù)、雷擊點，狀態(tài)指示單 元可實時指示防雷設備的狀態(tài)，為運行人員提供幫助。
后臺監(jiān)控軟件，安裝于變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)9的客戶機上。檢測 控制器6與變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)9通過RS485總線或CANBUS總線通 信，將統(tǒng)計信息上傳調(diào)度，方便監(jiān)控通信總線雷擊或過電壓信息。
本系統(tǒng)的工作原理是在變電站RTU及其他智能設備布置通信總線時， 將防雷模塊設置在每個節(jié)點上。雙芯屏蔽線纜(包括屏蔽線)從防雷模塊一 側輸入另一側輸出。當發(fā)生雷擊時，雷電波耦合進來的共模高頻信號首先由 特殊鐵磁元件組成的回路吸收并以熱量形式耗散，緊接著能量泄放電路將絕 大多數(shù)的雷電能量泄放至地網(wǎng)，經(jīng)過前兩個環(huán)節(jié)雷電能量已經(jīng)大大降低，為 了更好的保護通信模塊，采用高頻阻尼電路再次對高頻信號進行處理，高頻 阻尼電路對高頻信號形成高阻，減少高頻信號對通訊器件的泄放能量；采用 鉗位保護電路將通訊線對地電壓鉗制到對設備不造成傷害的水平，通過等電 位保護電路防止屏蔽層因受雷電干擾形成過高的感應電壓，至此，雷電能量 已經(jīng)不能對通信模塊造成任何損害了。檢測控制模塊里面內(nèi)置智能芯片，可 以統(tǒng)計雷擊過壓次數(shù)、雷擊點，并與變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)通信，將統(tǒng) 計信息上傳調(diào)度；臺監(jiān)控軟件安裝在變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)的客戶機 上，可實時監(jiān)控通信總線雷擊或過電壓信息。
以上所述，僅為本實用新型較佳實施例而已，故不能以此限定本實用新 型實施的范圍，即依本實用新型申請專利范圍及說明書內(nèi)容所作的等效變化 與修飾，皆應仍屬本實用新型專利涵蓋的范圍內(nèi)。
權利要求1.變電站RTU終端通信總線防雷、防過壓保護系統(tǒng)，包括防雷模塊，其特征在于所述防雷模塊由以下部分組成共模高頻吸收電路，由鐵磁元件組成，吸收雷電波耦合進來的共模高頻信號，以熱量形式耗散；能量泄放電路，將絕大多數(shù)的雷電能量泄放至地網(wǎng)；高頻阻尼電路，由感性元件組成，對高頻信號形成高阻，減少對通訊器件的泄放能量；鉗位保護電路，將通訊線對地電壓鉗制到對設備不造成傷害的水平；等電位保護電路，防止屏蔽層因受雷電干擾形成過高的感應電壓；所述共模高頻吸收電路、能量泄放電路、高頻阻尼電路、鉗位保護電路沿屏蔽通信線纜信號輸送方向依次設置。
2. 根據(jù)權利要求1所述的保護系統(tǒng)，其特征在于還包括有源檢測控制 模塊，包括內(nèi)置智能芯片的檢測控制器、與檢測控制器相連接的狀態(tài)指示單 元以及為監(jiān)測控制器和狀態(tài)指示單元供電的電源；檢測控制器與變電站綜合 自動化監(jiān)控系統(tǒng)通信。
3. 根據(jù)權利要求2所述的保護系統(tǒng)，其特征在于還包括后臺監(jiān)控軟件， 安裝于變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)的客戶機上。
4. 根據(jù)權利要求2所述的保護系統(tǒng)，其特征在于所述檢測控制器與 變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)通過RS485總線或CANBUS總線通信。
5. 根據(jù)權利要求1所述的保護系統(tǒng)，其特征在于所述鉗位保護電路 包括分別連接在屏蔽通信線纜第一、第二信號線與保護接地之間的電壓鉗制 型瞬態(tài)抑制二極管TVS。
專利摘要變電站RTU終端通信總線防雷、防過壓保護系統(tǒng)，包括由共模高頻吸收電路、能量泄放電路、高頻阻尼電路、鉗位保護電路、等電位保護電路組成的防雷模塊，其共模高頻吸收電路、能量泄放電路、高頻阻尼電路、鉗位保護電路沿屏蔽通信線纜信號輸送方向依次設置。防雷模塊采用泄能與吸收雙保險思想，同時配合高頻阻尼、鉗位保護、等電位保護等手段確保通信總線免受過壓侵擾。防雷模塊安裝于通信總線的每個節(jié)點，在強雷擊及操作過電壓時能控制變電站RTU及其他智能終端通信芯片的施加電壓在5V左右，從而保護通信芯片不會損壞，通信正常，徹底解決雷擊及操作過電壓對變電站RTU及其他智能終端通信總線的影響，從而達到在雷擊、過壓時保護整個總線通信正常。
文檔編號H02J13/00GK201365124SQ200920136379
公開日2009年12月16日 申請日期2009年1月13日 優(yōu)先權日2009年1月13日
發(fā)明者康小松, 戴曉亮 申請人:泉州七星電氣有限公司;康小松