專利名稱：變電站rtu終端通信總線防雷、防過壓保護(hù)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于變電站RTU終端通信總線防雷、防過壓保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景伴隨越來越多的微機(jī)保護(hù)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(shè)計(jì)的一項(xiàng)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(chǔ)上，再對通訊等二次薄弱環(huán)節(jié)增設(shè)的保護(hù)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?yàn)楦哳l電容耦合的原因， 而施加于設(shè)備的不同部分，造成器件過壓損壞。(2) 通訊線感應(yīng)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(dǎo)線、設(shè)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(shè)備損壞。(3) 反擊過電壓多地網(wǎng)存在時，當(dāng)一處地網(wǎng)泄放雷擊電流時，過高 的地電壓可能導(dǎo)致附近另一處地網(wǎng)設(shè)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(diǎn)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(shè)備損壞。目前通訊防雷主要的技術(shù)手段是選用合適規(guī)格的浪涌(電涌)保護(hù)器，在所有自動化裝置的通訊入口處增配初級浪涌保護(hù)裝置。增配浪涌保護(hù)裝置 后，通訊^t塊的故障率有所下降，但在強(qiáng)雷擊狀況下仍有不少故障情況存在， 影響到變電站的運(yùn)行安全和工作效率?，F(xiàn)有浪涌保護(hù)器的結(jié)構(gòu)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(hù)，但是 對于變電站場合防雷能力有顯薄弱，因?yàn)樽冸娬疽话汶姶鸥蓴_相對嚴(yán)重，野 外場合雷電沖擊普遍偏大。從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)看，普通的浪涌保護(hù)器在使用過程中 出過不少故障。在有普通防雷器保護(hù)的情況下，微機(jī)保護(hù)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(diǎn)(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(shè)備不直接遭受雷擊，理論上設(shè)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(dāng)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(shè)備。傳統(tǒng)的防雷器是以良好地網(wǎng)為設(shè)計(jì)前提的，所以當(dāng)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(hù)設(shè)計(jì)普通的防雷器件為節(jié)省成本，是以良好地網(wǎng)作為設(shè)計(jì)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(hù)的點(diǎn)設(shè)計(jì)等電位保護(hù)措施，無法 確保各個點(diǎn)的最大電壓偏差在允許范圍之內(nèi)，導(dǎo)致通訊設(shè)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(shí)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(hù)和更換，導(dǎo)致通訊設(shè)備在沒有 防雷措施的條件下運(yùn)行，嚴(yán)重威脅通訊設(shè)備的安全。實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)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(hù)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(shí)用新型提供的變電站RTU終端通信總線防雷、防過壓保護(hù)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(jìn)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(hù)電路，將通訊線對地電壓鉗制到對設(shè)備不造成傷害的水平； 等電位保護(hù)電路，防止屏蔽層因受雷電干擾形成過高的感應(yīng)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(hù)電路 沿屏蔽通信線纜信號輸送方向依次設(shè)置。進(jìn)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(jì)雷擊過壓次數(shù)、雷擊點(diǎn)，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(jì)信息上傳調(diào)度。有源檢測控制模塊 監(jiān)控防雷保護(hù)電路的有效性，改善等電位保護(hù)電路的保護(hù)曲線，通過旁路措 施提高雷電泄放能力，同時提高防雷設(shè)備的耐用性。檢測控制模塊監(jiān)控電路 能指示防雷設(shè)備的狀態(tài)，為運(yùn)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(jì)雷擊過壓次數(shù)、雷擊點(diǎn)，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(jì)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(shè)備布置通信總線時， 將防雷模塊設(shè)置在每個節(jié)點(diǎn)上。雙芯屏蔽線纜(包括屏蔽線)從防雷模塊一 側(cè)輸入另一側(cè)輸出。當(dāng)發(fā)生雷擊時，雷電波耦合進(jìn)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(hù)通信模塊，采用高頻阻尼電路再次對高頻信號進(jìn)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(hù)將通訊線對地電壓鉗制到對設(shè)備不造成傷害的水平，還采用等電位 保護(hù)防止屏蔽層因受雷電干擾形成過高的感應(yīng)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(jì)雷 擊過壓次數(shù)、雷擊點(diǎn)，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(jì)信息上傳調(diào)度。本實(shí)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(hù)原理，將多種防雷、防過電壓措施優(yōu)化組合，在強(qiáng)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(hù) 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(shí)時準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)雷擊過壓次數(shù)、雷擊點(diǎn)，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(jì)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(jī)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(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
圖1是本實(shí)用新型的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型采用吸收、等電位、有源等防雷保護(hù)原理，將多種防雷、防 過電壓措施優(yōu)化組合，在強(qiáng)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(hù)通信芯片不會損壞，通信 正常；并配置檢測控制模塊，以實(shí)時準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)雷擊過壓次數(shù)、雷擊點(diǎn)，提高 防雷系統(tǒng)的智能性。下面結(jié)合圖1，對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)描述
變電站RTU終端通信總線防雷、防過壓保護(hù)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(shè)置在通信總線的每個節(jié)點(diǎn)，就近安裝在開關(guān)拒或者 保護(hù)屏柜的接線導(dǎo)軌或者強(qiáng)力貼于屏拒內(nèi)側(cè)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(jī)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(hù)電路4和等電位保護(hù)電路5共同構(gòu)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(hù)電路4沿屏蔽通信線纜信號輸送 方向依次設(shè)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(jìn)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(fù)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(qiáng)的抑制 特性，并且響應(yīng)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(shí)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(hù)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(hù)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(hù)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(shè)備不造成傷害的水平。
等電位保護(hù)電路5，包括連接在屏蔽通信線纜屏蔽線C與保護(hù)接地PE之 間的等電位保護(hù)器，防止屏蔽層因受雷電干擾形成過高的感應(yīng)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(jì)雷擊過壓次數(shù)、雷擊點(diǎn)，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(jì)信息上傳調(diào)度。有源檢測控制模塊監(jiān)控防雷保護(hù)電路的有效性，改善等電位保護(hù)電路的 保護(hù)曲線，通過旁路措施提高雷電泄放能力，同時提高防雷設(shè)備的耐用性。 檢測控制器6內(nèi)置智能芯片，可以統(tǒng)計(jì)雷擊過壓次數(shù)、雷擊點(diǎn)，狀態(tài)指示單 元可實(shí)時指示防雷設(shè)備的狀態(tài)，為運(yùn)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(jī)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(jì)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(shè)備布置通信總線時， 將防雷模塊設(shè)置在每個節(jié)點(diǎn)上。雙芯屏蔽線纜(包括屏蔽線)從防雷模塊一 側(cè)輸入另一側(cè)輸出。當(dāng)發(fā)生雷擊時，雷電波耦合進(jìn)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(hù)通信模塊，采用高頻阻尼電路再次對高頻信號進(jìn)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(hù)電路將通訊線對地電壓鉗制到對設(shè)備不造成傷害的水平，通過等電 位保護(hù)電路防止屏蔽層因受雷電干擾形成過高的感應(yīng)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(jì)雷擊過壓次數(shù)、雷擊點(diǎn)，并與變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)通信，將統(tǒng) 計(jì)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(jī) 上，可實(shí)時監(jiān)控通信總線雷擊或過電壓信息。
以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例而已，故不能以此限定本實(shí)用新 型實(shí)施的范圍，即依本實(shí)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(yīng)仍屬本實(shí)用新型專利涵蓋的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.變電站RTU終端通信總線防雷、防過壓保護(hù)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(jìn)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(hù)電路，將通訊線對地電壓鉗制到對設(shè)備不造成傷害的水平；等電位保護(hù)電路，防止屏蔽層因受雷電干擾形成過高的感應(yīng)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(hù)電路沿屏蔽通信線纜信號輸送方向依次設(shè)置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護(hù)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(quán)利要求2所述的保護(hù)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(jī)上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的保護(hù)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(quán)利要求1所述的保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于所述鉗位保護(hù)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(hù)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(hù)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(hù)電路、等電位保護(hù)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(hù)電路沿屏蔽通信線纜信號輸送方向依次設(shè)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(hù)、等電位保護(hù)等手段確保通信總線免受過壓侵?jǐn)_。防雷模塊安裝于通信總線的每個節(jié)點(diǎn)，在強(qiáng)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(hù)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(dá)到在雷擊、過壓時保護(hù)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(quán)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