CN201365124Y - 变电站rtu终端通信总线防雷、防过压保护*** - Google Patents

变电站rtu终端通信总线防雷、防过压保护*** Download PDF

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Abstract

变电站RTU终端通信总线防雷、防过压保护***，包括由共模高频吸收电路、能量泄放电路、高频阻尼电路、钳位保护电路、等电位保护电路组成的防雷模块，其共模高频吸收电路、能量泄放电路、高频阻尼电路、钳位保护电路沿屏蔽通信线缆信号输送方向依次设置。防雷模块采用泄能与吸收双保险思想，同时配合高频阻尼、钳位保护、等电位保护等手段确保通信总线免受过压侵扰。防雷模块安装于通信总线的每个节点，在强雷击及操作过电压时能控制变电站RTU及其他智能终端通信芯片的施加电压在5V左右，从而保护通信芯片不会损坏，通信正常，彻底解决雷击及操作过电压对变电站RTU及其他智能终端通信总线的影响，从而达到在雷击、过压时保护整个总线通信正常。

Description

变电站RTU终端通信总线防雷、防过压保护***
技术领域
本实用新型属于变电站RTU终端通信总线防雷、防过压保护技术领域。
背景技术
伴随越来越多的微机保护及其他智能终端在变电站的大量使用，通迅防雷、防过压成为工程设计的一项重要工作。通讯防雷一般是作为三级防雷出现，即在一二级防雷的基础上，再对通讯等二次薄弱环节增设的保护手段。变电站RTU及其他智能终端通讯***受到雷电干扰，主要有以下几个渠道：
(1)大地网形成不等电位：因地质原因或施工原因而出现的接地网接地电阻过高和接地电阻分配不均匀，会在泄放雷击电流时，在地网的不同处形成不等电位(即电压差)，这一高频的电压差因为高频电容耦合的原因，而施加于设备的不同部分，造成器件过压损坏。
(2)通讯线感应过电压：如雷击发生于通讯线附近的区域，会通过周围导线、设备、土地形成的空间和电气耦合，作用到通讯电压只有几伏或十几伏的通讯器件，造成通讯设备损坏。
(3)反击过电压：多地网存在时，当一处地网泄放雷击电流时，过高的地电压可能导致附近另一处地网设备的绝缘击穿等故障，我们称为反击。
(4)地电网环流：通讯屏蔽多点接地于不十分理想的地网***，会造成地网环流，在雷击状态下，此环流很大，造成通讯设备损坏。
目前通讯防雷主要的技术手段是选用合适规格的浪涌(电涌)保护器，在所有自动化装置的通讯入口处增配初级浪涌保护装置。增配浪涌保护装置后，通讯模块的故障率有所下降，但在强雷击状况下仍有不少故障情况存在，影响到变电站的运行安全和工作效率。现有浪涌保护器的结构比较简单，体积小巧，泄放能量有限，适用于大多数通讯场合的防雷和过电压保护，但是对于变电站场合防雷能力有显薄弱，因为变电站一般电磁干扰相对严重，野外场合雷电冲击普遍偏大。从实践经验看，普通的浪涌保护器在使用过程中出过不少故障。
在有普通防雷器保护的情况下，微机保护装置或其他智能终端的通讯模块还会损坏，经过分析，主要原因有以下几点：
(1)接地电阻过大或不均匀
理想的接地网是一个无穷大地网，即接地电阻为零，这种情况下，如果设备不直接遭受雷击，理论上设备的各个组成部分是不可能遭受雷击损坏的。但是由于地质原因，即使是投资很大的变电站，其地网也不能保证十分理想，特别是山区石质场合，具体表现为接地电阻偏大、电阻分配不均匀。这种情况下，当高频大电流流过地网时，会在地网上形成很高电压差，打坏设备。传统的防雷器是以良好地网为设计前提的，所以当出现上述情况时防雷效果就会大打折扣。
(2)没有等电位保护设计
普通的防雷器件为节省成本，是以良好地网作为设计前提的，所以没有在有电气联系的***、子***中各个需保护的点设计等电位保护措施，无法确保各个点的最大电压偏差在允许范围之内，导致通讯设备过压而损坏。
(3)器件容易老化，失去防雷作用
普通通讯防雷器件都是无源装置，多次卸放较大能量后，防雷器件可能会老化，由于没有状态指示功能，工作人员无法实时监控防雷器件的工作状态，防雷器件功能失效后不能得到及时的维护和更换，导致通讯设备在没有防雷措施的条件下运行，严重威胁通讯设备的安全。
实用新型内容
本实用新型针对现有防雷器的不足，提供一种变电站RTU终端通信总线防雷、防过压保护***，采取吸收、等电位、有源等多种防雷、防过电压措施优化组合，彻底解决雷击及操作过电压对变电站RTU及其他智能终端通信总线的影响，确保变电站RTU及其他智能终端通信总线的安全。
本实用新型提供的变电站RTU终端通信总线防雷、防过压保护***：
包括由以下部分组成的防雷模块：
共模高频吸收电路，由铁磁元件组成，吸收雷电波耦合进来的共模高频信号，以热量形式耗散；
能量泄放电路，将绝大多数的雷电能量泄放至地网；
高频阻尼电路，由感性元件组成，对高频信号形成高阻，减少对通讯器件的泄放能量；
钳位保护电路，将通讯线对地电压钳制到对设备不造成伤害的水平；
等电位保护电路，防止屏蔽层因受雷电干扰形成过高的感应电压；
上述共模高频吸收电路、能量泄放电路、高频阻尼电路、钳位保护电路沿屏蔽通信线缆信号输送方向依次设置。
进一步，还包括有源检测控制模块，包括内置智能芯片的检测控制器、与检测控制器相连接的状态指示单元以及为监测控制器和状态指示单元供电的电源，以统计雷击过压次数、雷击点，并与变电站综合自动化***通信(RS485总线或者CANBUS总线)，将统计信息上传调度。有源检测控制模块监控防雷保护电路的有效性，改善等电位保护电路的保护曲线，通过旁路措施提高雷电泄放能力，同时提高防雷设备的耐用性。检测控制模块监控电路能指示防雷设备的状态，为运行人员提供帮助，同时检测控制模块里面内置智能芯片，可以统计雷击过压次数、雷击点，并与变电站综合自动化***通信(RS485总线或者CANBUS总线)，将统计信息上传调度。
本***的工作原理是：在变电站RTU及其他智能设备布置通信总线时，将防雷模块设置在每个节点上。双芯屏蔽线缆(包括屏蔽线)从防雷模块一侧输入另一侧输出。当发生雷击时，雷电波耦合进来的共模高频信号首先由特殊铁磁元件组成的回路吸收并以热量形式耗散，紧接着能量泄放电路将绝大多数的雷电能量泄放至地网，经过前两个环节雷电能量已经大大降低，为了更好的保护通信模块，采用高频阻尼电路再次对高频信号进行处理，高频阻尼电路对高频信号形成高阻，减少高频信号对通讯器件的泄放能量；采用钳位保护将通讯线对地电压钳制到对设备不造成伤害的水平，还采用等电位保护防止屏蔽层因受雷电干扰形成过高的感应电压，至此，雷电能量已经不能对通信模块造成任何损害了，通过以上各种措施整个方案更加的完善。为了提高防雷模块的智能性，在检测控制模块里面内置智能芯片，可以统计雷击过压次数、雷击点，并与变电站综合自动化监控***通信(RS485总线或者CANBUS总线)，将统计信息上传调度。
本实用新型针对现有防雷器的不足，采用吸收、等电位、有源等防雷保护原理，将多种防雷、防过电压措施优化组合，在强雷击及操作过电压时能控制变电站RTU及其他智能终端通信芯片的施加电压在5V左右，从而保护通信芯片不会损坏，通信正常，彻底解决雷击及操作过电压对变电站RTU及其他智能终端通信总线的影响。本***还配置有内置智能芯片的检测控制模块，以实时准确统计雷击过压次数、雷击点，检测控制模块与变电站综合自动化***通信(RS485总线或者CANBUS总线)，将统计信息上传调度；此外，还包括有后台监控软件，安装于变电站综合自动化客户机上，方便监控通信总线雷击或过电压信息，提高了防雷***的智能性。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
图1是本实用新型的电路原理图。
具体实施方式
本实用新型采用吸收、等电位、有源等防雷保护原理，将多种防雷、防过电压措施优化组合，在强雷击及操作过电压时能控制变电站RTU及其他智能终端通信芯片的施加电压在5V左右，从而保护通信芯片不会损坏，通信正常；并配置检测控制模块，以实时准确统计雷击过压次数、雷击点，提高防雷***的智能性。下面结合图1，对本实用新型的技术方案进行详细描述：
变电站RTU终端通信总线防雷、防过压保护***分为分散防雷模块和后台监控软件两个部分。防雷模块包括集装在盒体内的防雷模块和有源检测控制模块，其外形小巧，设置在通信总线的每个节点，就近安装在开关柜或者保护屏柜的接线导轨或者强力贴于屏柜内侧壁；后台监控软件安装于变电站综合自动化监控***客户机上，便于监控通信总线雷击及过压信息。
防雷模块由共模高频吸收电路1、能量泄放电路2、高频阻尼电路3以及钳位保护电路4和等电位保护电路5共同构成，共模高频吸收电路1、能量泄放电路2、高频阻尼电路3、钳位保护电路4沿屏蔽通信线缆信号输送方向依次设置。其中：
共模高频吸收电路1，由铁磁元件组成，吸收雷电波耦合进来的共模高频信号，以热量形式耗散。
能量泄放电路2，主要是采用固态放电管，它是基于可控硅原理的一种负阻器件，在冲击电压作用下，其前沿上冲电压非常低，显示出极强的抑制特性，并且响应速度非常快(纳秒级)，分布电容小，残压低于5V，通过能量泄放电路可将绝大多数的雷电能量泄放至地网。本实施例中能量泄放电路2包括三个固态放电管D1、D2、D3，固态放电管D1跨接在第一、第二信号线A、B之间，固态放电管D2、D3分别连接在第一、第二信号线A、B与保护接地PE之间。
高频阻尼电路3，包括分别串接在屏蔽通信线缆第一、第二信号线A、B上的感性元件L1、L2、阻性元件R1、R2组成，对高频信号形成高阻，减少对通讯器件的泄放能量。
钳位保护电路4，包括分别连接在屏蔽通信线缆第一、第二信号线A、B与保护接地PE之间的电压钳制型瞬态抑制二极管TVS1、TVS2，将通讯线对地电压钳制到对设备不造成伤害的水平。
等电位保护电路5，包括连接在屏蔽通信线缆屏蔽线C与保护接地PE之间的等电位保护器，防止屏蔽层因受雷电干扰形成过高的感应电压。
有源检测控制模块，包括内置智能芯片的检测控制器6、与检测控制器6相连接的状态指示单元7以及为监测控制器6和状态指示单元7供电的AC/DC220V交直流电源8，以统计雷击过压次数、雷击点，并通过RS485总线或CANBUS总线与变电站综合自动化监控***9通信，将统计信息上传调度。有源检测控制模块监控防雷保护电路的有效性，改善等电位保护电路的保护曲线，通过旁路措施提高雷电泄放能力，同时提高防雷设备的耐用性。检测控制器6内置智能芯片，可以统计雷击过压次数、雷击点，状态指示单元可实时指示防雷设备的状态，为运行人员提供帮助。
后台监控软件，安装于变电站综合自动化监控***9的客户机上。检测控制器6与变电站综合自动化监控***9通过RS485总线或CANBUS总线通信，将统计信息上传调度，方便监控通信总线雷击或过电压信息。
本***的工作原理是：在变电站RTU及其他智能设备布置通信总线时，将防雷模块设置在每个节点上。双芯屏蔽线缆(包括屏蔽线)从防雷模块一侧输入另一侧输出。当发生雷击时，雷电波耦合进来的共模高频信号首先由特殊铁磁元件组成的回路吸收并以热量形式耗散，紧接着能量泄放电路将绝大多数的雷电能量泄放至地网，经过前两个环节雷电能量已经大大降低，为了更好的保护通信模块，采用高频阻尼电路再次对高频信号进行处理，高频阻尼电路对高频信号形成高阻，减少高频信号对通讯器件的泄放能量；采用钳位保护电路将通讯线对地电压钳制到对设备不造成伤害的水平，通过等电位保护电路防止屏蔽层因受雷电干扰形成过高的感应电压，至此，雷电能量已经不能对通信模块造成任何损害了。检测控制模块里面内置智能芯片，可以统计雷击过压次数、雷击点，并与变电站综合自动化监控***通信，将统计信息上传调度；台监控软件安装在变电站综合自动化监控***的客户机上，可实时监控通信总线雷击或过电压信息。
以上所述，仅为本实用新型较佳实施例而已，故不能以此限定本实用新型实施的范围，即依本实用新型申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本实用新型专利涵盖的范围内。

Claims (5)

1.变电站RTU终端通信总线防雷、防过压保护***，包括防雷模块，其特征在于：所述防雷模块由以下部分组成：
共模高频吸收电路，由铁磁元件组成，吸收雷电波耦合进来的共模高频信号，以热量形式耗散；
能量泄放电路，将绝大多数的雷电能量泄放至地网；
高频阻尼电路，由感性元件组成，对高频信号形成高阻，减少对通讯器件的泄放能量；
钳位保护电路，将通讯线对地电压钳制到对设备不造成伤害的水平；
等电位保护电路，防止屏蔽层因受雷电干扰形成过高的感应电压；
所述共模高频吸收电路、能量泄放电路、高频阻尼电路、钳位保护电路沿屏蔽通信线缆信号输送方向依次设置。
2.根据权利要求1所述的保护***，其特征在于：还包括有源检测控制模块，包括内置智能芯片的检测控制器、与检测控制器相连接的状态指示单元以及为监测控制器和状态指示单元供电的电源；检测控制器与变电站综合自动化监控***通信。
3.根据权利要求2所述的保护***，其特征在于：还包括后台监控软件，安装于变电站综合自动化监控***的客户机上。
4.根据权利要求2所述的保护***，其特征在于：所述检测控制器与变电站综合自动化监控******通过RS485总线或CANBUS总线通信。
5.根据权利要求1所述的保护***，其特征在于：所述钳位保护电路包括分别连接在屏蔽通信线缆第一、第二信号线与保护接地之间的电压钳制型瞬态抑制二极管TVS。
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