CN104317369A - 一种高压继电保护微机系统电磁抗干扰通信端口 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压继电保护微机系统电磁抗干扰通信端口，包括端口外壳以及位于所述外壳内的电源接口与信号线接口，所述端口外壳引出接地端子与接地线，所述电源接口与所述接地端子间连接浪涌保护器，所述信号线接口包括双向传输通道、功率放大器、无源型电压放大器及滤波单元，所述信号线接口与所述接地端子间连接解耦电容，所述端口外壳采用热塑性树脂制件，所述外壳内层覆盖铝膜，所述电源接口包括双向端子排，所述端子排为铁氧体磁性材料制件。本发明通过滤波、隔离、接地、屏蔽等多种手段，防止电源线与通信线之间受到外界干扰或相互干扰，为系统整体的抗干扰特性提供保障。

Description

一种高压继电保护微机系统电磁抗干扰通信端口

技术领域

本发明涉及高压继电保护系统通信端口技术领域，尤其涉及一种高压继电保护微机系统电磁抗干扰通信端口。

背景技术

电磁兼容性是指设备或系统在其电磁环境中能正常工作，并且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁干扰能力，电磁兼容技术是以解决实践中的电磁干扰而出现并发展起来的一门新兴学科，其研究和解决的问题是电气、电子设备及系统在一个共同的电磁环境中的安全共存问题。它既包括电气、电子设备之间的相互干扰,也包括自然界电磁干扰对电气、电子设备的电磁影响或电磁效应。

随着我国经济的快速发展，电力系统自动化技术得到了广泛应用,同时电力系统自动化设备的电磁兼容问题也越来越突出，其中最主要的要数高压继电保护设备的电磁兼容性问题，这类设备往往既连接强电磁干扰源，又具有灵敏度较高的计算机系统元件，因此对其中相关元件的兼容性改进措施、对整体抗干扰性的检测试验，均提出了比较高的要求。

申请号为201210007337.6的发明专利公开了一种电子式互感器电磁兼容性的试验方法，高压变压器输出试验电压幅值与被试电子式互感器额定工作主回路电压相同，负载电容器容量按隔离开关接通后稳态电流值为0.5A 选取，被试电子式互感器一次部分、二次连接及电子合并单元按实际使用工况进行系统装配连接，在试验过程电子式互感器通电并按正常工作方式运行。隔离开关在分或合电容器过程中，在主回路将产生多次电弧击穿和熄灭暂态过程，此暂态过程将产生多次脉冲电流、暂态过电压及脉冲磁场，依据测量一次电压电流波形数值比对电子式互感器的输出特性及工作状态，判别电子式互感器的电磁抗干扰性能。本发明提高电子式互感器的现场运行可靠性，降低设备故障率。

申请号为201210402832.7的发明专利提供一种用于超特高压套管电磁兼容辐射试验的高压连接装置，连接套管和高压工频试验电源和电磁兼容辐射试验测量装置，所述高压连接装置包括高压导电杆，所述高压导电杆上端与所述高压工频试验电源和电磁兼容辐射试验测量装置连接，下端与所述套管连接 ；所述高压导电杆包括至少两个的首尾相连的导电筒单元，通过调节所述导电筒单元的数量和相邻两个所述导电筒单元之间的间隙长度改变所述高压导电杆的长度，调节所述高压导电杆外侧的卷绕填充层的层数改变所述高压导电杆的外径长度，使所述高压导电杆与不同尺寸的所述套管配套使用，与不同尺寸的套管配合使用，在进行不同电压等级和型号的套管试验时不需要更换导电杆。

以上措施，均是针对电气设备元件的电磁兼容性问题所提出的试验或改进办法，而针对微机系统，电磁干扰侵入的主要途径有电源系统、传导通路、对空间电磁波的感应三方面，由于电源干扰、静电场干扰、电磁场干扰不可能被完全消除的，并且高压机电保护的微机系统常处于低电压大电路的工作状态，所以有效防止电源线与通信线之间形成高速大电流回路，便是提高微机系统电磁兼容性的有效方法。

发明内容

本发明的目的在于解决上述技术问题，提供高压继电保护中微机系统的电磁兼容性，设计了一种电磁抗干扰通信端口，端口通过滤波、隔离、接地、屏蔽等多种手段，防止电源线与通信线之间受到外界干扰或相互干扰，为系统整体的抗干扰特性提供保障。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高压继电保护微机系统电磁抗干扰通信端口，包括端口外壳以及位于所述外壳内的电源接口与信号线接口，所述端口外壳引出接地端子与接地线，所述电源接口与所述接地端子间连接浪涌保护器，所述信号线接口包括双向传输通道、功率放大器、无源型电压放大器及滤波单元，所述信号线接口与所述接地端子间连接解耦电容。

所述端口外壳采用热塑性树脂制件，所述外壳内层覆盖铝膜。

所述电源接口包括双向端子排，所述端子排为铁氧体磁性材料制件。

所述双向端子排连接电源线的输入端与输出端，所述输入端与所述输出端之间连接EMI滤波器。

所述电源接口包括瞬态抑制二极管。

所述滤波单元包括RC无源低通滤波器。

所述解耦电容为0.1F或0.01F。

本发明的通信端口，目的在于实现微机系统电源线与信号线的抗干扰性与相互隔离，影响其电磁兼容性的干扰源主要有以下几种类型：高压继电保护回路中操作隔离开关及断路器引起的电气暂态现象；高压装置产生的工频电场和磁场；接地系统中的短路电流引起的电压升高；雷电引起的电气暂态现象；低压设备分合操作引起的快速瞬变干扰；静电放电干扰；电子设备产生的高频传导和辐射骚扰，通过综合分析，可归纳为以下几类：静电放电干扰、辐射电磁场干扰、衰减振荡波干扰、浪涌冲击干扰以及快速瞬变脉冲群干扰。

为此，本发明的设计理念及有益效果如下分析：

首先，作为设备的外壳端口，如果采用金属构件，不可避免会在其暴露部分发生静电放电，静电会向附近导体，或是设备本身的非接地金属板放电并产生很大的局部瞬态电流，这 电流耦合到系统或设备元件中便产生感应电流。尤其是对微机系统而言，如果感应电流流过数字设备误差门限时，很可能使数字电路发生误动作，所以，端口外壳采用热塑性树脂制件。同理，由于辐射电磁场干扰对集成电路型装置影响较大，而且很多是由于开关电源在施加辐射电磁场干扰时不能够稳压引起的。鉴于本发明为通信端口，并不包含开关电源，在辐射电磁场干扰措施上可以采取在外壳内部覆盖铝膜的方法，可以达到较为理想的抗辐射电磁场干扰的效果。 

其次，因为涉及高压继电保护，高压变电站母线分、合闸时会产生衰减振荡波，这是一种变电站高压母线的开关操作出现隔离刀闸的合、分操作引起的陡波瞬态，属于阻尼振荡波，对信号的有效传输会产生很强的电磁干扰作用，为此，可以信号线接口与接地端子间连接解耦电容，即在信号线与外壳对地连接线之间加入解耦电容，这样就可以构成泄放回路，可根据具体需要采用共模、差模等形式抑制该瞬态骚扰。由于高压保护的干扰脉冲群频率一般包括1MHz和100kHz两种，所以解耦电容可选取0.1F或0.01F。

在抗浪涌冲击干扰时，由于浪涌呈脉冲状，其波前时间为数秒，脉冲幅度从几百V到几万V，是一种持续时间长、能量较强的干扰。故会在很大程度上影响微机系统电子设备的正常工作，甚至烧毁元器件，所以，在端口外壳引出接地端子与接地线，依靠过电压保护电路或浪涌保护器件来抑制浪涌干扰，通过浪涌保护器件动作将浪涌电流泄放至大地，便可以取得满意效果。

在电源接口采用瞬态抑制二极管，一方面，对浪涌电流冲击，可以起到抑制效果，另一方面，可以抗快速瞬变脉冲群干扰。抗瞬变干扰是电磁兼容性指标中较难实现的，新标准针对抗瞬变干扰，取消了2.5 kHz脉冲重复频率,增加了100 kHz脉冲重复频率，因此，本质上也是提高了试验的严格程度。瞬变干扰的起因有很多,如开关动作、保护装置动作、微机系统所处环境影响等，最主要的是电源回路瞬态的差模尖峰电压，这种电压往往有较慢的上升时间和较高的能量，为了防止输入电路损坏，瞬态抑制二极管便可以实现对差模电压的削峰处理，实现对瞬变干扰的有效抑制。 同时，为了防止快速瞬变脉冲的电磁干扰，电源接口中设置双向端子排，连接电源线的输入端与输出端，输入、输出端之间可以加装EMI滤波器，抑制30 MHz以下频率范围的低频噪声，而对于超高频瞬变脉冲噪声，可以采用铁氧体磁性材料制作端子排，其非金属特性突出，经济有效，且阻抗大，在收到高频信号干扰时，能迅速将高频端干扰信号吸收并转换成热能，这样，就可以同时应对高频与低频的瞬变脉冲干扰群。

信号线接口包括双向传输通道、功率放大器、无源型电压放大器及滤波单元，功率放大器与电压放大器构成信号处理电路，可以将经过双向传输通道的输入信号、输出信号进行定频增幅，一方面突出干扰噪声特性，便于滤波单元对干扰源的剥离与抑制，另一方面，便于后续连接的微机系统进行信息采样与传输。滤波单元包括RC无源低通滤波器，主要是因为其结构简单、可靠性高，可以针对微机系统中的多种集成、运算、放大等有源模拟器件，抑制其高开环电压增益和高输入阻抗，从而将最高信号频率限制在一定的带宽以内，以降低采样频率，方便滤波后的信号进入微机系统中，经过模数转换输入到数字器件进行处理。

本发明通过对高压继电保护微机系统的电源线传输、信号线传输进行整合，并结合电磁兼容性试验指标，形成一种电磁抗干扰通信端口，综合运用滤波、隔离、接地、屏蔽等多种手段，有效防止电源线与通信线之间形成高速大电流回路，提高微机系统通信信道的抗干扰能力，为系统整体的安全运行提供保障，在保证高压系统运行安全可靠、优质经济、节能降耗等方面发挥重要作用。

附图说明

图1是本发明各模块结构示意图。

具体实施方式

实施例一

如图1所示，一种高压继电保护微机系统电磁抗干扰通信端口，包括端口外壳1以及位于外壳内的电源接口与信号线接口，端口外壳引出接地端子2与接地线3，电源接口与接地端子间连接浪涌保护器12，信号线接口包括双向传输通道6、功率放大器7、无源型电压放大器8及滤波单元9，滤波单元包括RC无源低通滤波器，结构简单、可靠性高，可以针对微机系统中的多种集成、运算、放大等有源模拟器件，抑制其高开环电压增益和高输入阻抗，从而将最高信号频率限制在一定的带宽以内，以降低采样频率；信号线接口与接地端子间连接解耦电容11；解耦电容为0.1F或0.01F，构成泄放回路，抑制高压保护的干扰脉冲群中最为普遍的1MHz和100kHz两种频率。

端口外壳采用热塑性树脂制件，外壳内层覆盖铝膜；电源接口包括双向端子排4，连接电源线的输入端与输出端，输入、输出端之间可以加装EMI滤波器5，端子排为铁氧体磁性材料制件，其非金属特性突出，经济有效，且阻抗大，在收到高频信号干扰时，能迅速将高频端干扰信号吸收并转换成热能，这样，就可以同时应对高频与低频的瞬变脉冲干扰群。

实施例二

如图1所示，一种高压继电保护微机系统电磁抗干扰通信端口，包括端口外壳1以及位于外壳内的电源接口与信号线接口，端口外壳引出接地端子2与接地线3，电源接口与接地端子间连接浪涌保护器，信号线接口包括双向传输通道6、功率放大器7、无源型电压放大器8及滤波单元9，滤波单元包括RC无源低通滤波器；信号线接口与接地端子间连接解耦电容11，解耦电容为0.1F或0.01F；端口外壳采用热塑性树脂制件，外壳内层覆盖铝膜；电源接口包括双向端子排4，连接电源线的输入端与输出端，输入、输出端之间可以加装EMI滤波器5，端子排为铁氧体磁性材料制件。

与实施例一的不同之处在于，电源接口处增加瞬态抑制二极管10。这种改进，在一方面，对浪涌电流冲击，可以起到抑制效果，另一方面，可以抗快速瞬变脉冲群干扰。抗瞬变干扰是电磁兼容性指标中较难实现的，在微机系统中，最主要的是电源回路瞬态的差模尖峰电压，这种电压往往有较慢的上升时间和较高的能量，为了防止输入电路损坏，瞬态抑制二极管便可以实现对差模电压的削峰处理，实现对瞬变干扰的有效抑制。

Claims (7)

1.一种高压继电保护微机系统电磁抗干扰通信端口，其特征在于：包括端口外壳以及位于所述外壳内的电源接口与信号线接口，所述端口外壳引出接地端子与接地线，所述电源接口与所述接地端子间连接浪涌保护器，所述信号线接口包括双向传输通道、功率放大器、无源型电压放大器及滤波单元，所述信号线接口与所述接地端子间连接解耦电容。

2.如权利要求1所述的高压继电保护微机系统电磁抗干扰通信端口，其特征在于：所述端口外壳采用热塑性树脂制件，所述外壳内层覆盖铝膜。

3.如权利要求1所述的高压继电保护微机系统电磁抗干扰通信端口，其特征在于：所述电源接口包括双向端子排，所述端子排为铁氧体磁性材料制件。

4.如权利要求3所述的高压继电保护微机系统电磁抗干扰通信端口，其特征在于：所述双向端子排连接电源线的输入端与输出端，所述输入端与所述输出端之间连接EMI滤波器。

5.如权利要求1所述的高压继电保护微机系统电磁抗干扰通信端口，其特征在于：所述电源接口包括瞬态抑制二极管。

6.如权利要求1所述的高压继电保护微机系统电磁抗干扰通信端口，其特征在于：所述滤波单元包括RC无源低通滤波器。

7.如权利要求1所述的高压继电保护微机系统电磁抗干扰通信端口，其特征在于：所述解耦电容为0.1F或0.01F。