CN105322658A - 一种高压供电系统电子闭锁式通信模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压供电系统电子闭锁式通信模块，包括闭锁模块以及分别与其连接的电源接口、信号线接口，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，所述闭锁模块包括程序锁单元。本发明综合运用滤波、隔离、接地、屏蔽等多种手段，拥有维护工作少、闭锁可靠性强、防误功能好以及使用简单方便等优点，其既能帮助运行人员分担一部分工作，又可在培训当中作为模拟操作的设备，还可以有效防止电源线与通信线之间形成高速大电流回路，提高微机系统防误闭锁装置的抗干扰能力，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。

Description

一种高压供电系统电子闭锁式通信模块

技术领域

本发明涉及高压供电系统通信模块技术领域，尤其涉及一种高压供电系统电子闭锁式通信模块。

背景技术

倒闸操作作为变配电系统运行中的经常性工作，若是在过程中出现操作不当的情况，则不仅可引发停电事故或是使设备损坏，还可对操作人员的生命安全造成威胁，因而在电力生产当中，电气操作失误是其中极为严重的事故之一。电气操作失误包括带电时误合接地开关、误入带电间隔、以及误分合断路器、带负荷分合隔离开关、在接地开关仍为闭合位置时关合断路器等，并称“五防”。为避免高压供电系统防误闭锁出现上述问题，探讨高压供电系统微机防误闭锁装置及其应用，保证高压供电系统生产的安全性和稳定性。

防误闭锁装置全称为防误操作闭锁装置，即是运用其本身拥有的程序闭锁功能，安放于高压电气设备之上，从而避免相关人员操作错误的一种机械装置。微机防误闭锁装置在分析前首先需要获得断路器实时的状况信息，其主要通过通信机和后台的监控设备进行通信来达到这一目的;而在操作信息上则通过监控运行人员的模拟操作，并运用五防逻辑进行分析而实现目的，并根据格式要求将操作票打印出来，再将模拟后的操作信息传递给机钥匙。微机钥匙负责监控运行操作人员的操作过程，并给予相应的提示，若运行操作人员误入错误的间隔进行操作，微机钥匙将在发出警告的同时进行强制性的闭锁，以防止运行操作人员继续操作，同时在其显示屏上将显示出正确规范的操作流程;若运行操作人员操作无误，微机钥匙将开启机械编码锁与电编码锁，运行操作人员此时可继续进行操作。

申请号为201410148179.5的专利提供了变电站防误闭锁系统通信模型的生成方法，以测控装置的智能电子设备模型为基础加工生成变电站防误闭锁系统通信模型，包括如下步骤一、二、三中的一项或多项：步骤一：生成开关闭锁模型和刀闸闭锁模型；步骤二：生成网门闭锁模型和地线闭锁模型；步骤三：生成程序化操作传票控制模型；及步骤四：生成数据集和报告控制块模型。本发明可解决IEC61850标准体系未涉及的防误闭锁设备的建模问题、程序化操作票传输模型的建模问题及防误系统与综合自动化系统间的数据交互问题；实现了防误系统与自动化系统的模型共享，统一了当地监控、集控、调度等系统与防误闭锁系统的普通操作和程序化操作的交互模型。

申请号为201010527387.8的专利提供一种微机防误操作闭锁装置,包括安装有操作系统的控制装置、模拟屏控制器、智能锁具、打印设备、监控装置。该控制装置为PC工控机,该PC工控机上设有连接端口。该智能锁具包括设有蓝牙数据传输装置的电脑钥匙、采用非接触式IC编码方式的编码锁具及可对电脑钥匙进行充电与通信连接的电脑钥匙适配器,该电脑钥匙适配器与PC工控机的连接端口连接。本发明整个操作过程简单直观,易于维护。

申请号为201120300086.1的专利提供一种具备带电状态指示、开关刀闸柜门等位置指示、支持就地和远方闭锁、间隔内具备完整的防误功能、具备数字化变电站接口的防止变电站电气误操作的智能防误闭锁装置。本实用新型是通过以下技术方案来实现的:智能防误闭锁装置包括有控制器、通信单元、带电显示处理单元、开关量输入处理单元、开关量输出处理单元及显示单元;控制器作为主控单元,完成各输入信号的分析处理及逻辑判断,输出控制信号及显示信息;控制器接收通信单元的信息,根据通信单元传递的信息中的动作要求,结合开关量输入处理单元传输过来的开关量信息以及带电显示处理单元传输过来的高压带电状态进行闭锁逻辑的判断,进而控制开关量输出处理单元的动作。

然而，以上方案在防误闭锁功能操作的同时，没有考虑到高压继电保护中微机系统的电磁兼容性问题，以及通信装置抗干扰的问题，因此在实际应用中具有很大的局限性。

发明内容

本发明的目的在于解决上述技术问题，根据高压继电保护中微机系统的电磁兼容性，设计了一种微机防误闭锁的电子式抗干扰通信装置，保证高压供电系统生产的安全性和稳定性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高压供电系统电子闭锁式通信模块，包括闭锁模块以及分别与其连接的电源接口、信号线接口，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，所述闭锁模块包括程序锁单元。

所述程序锁单元包括编码锁和微机钥匙，所述微机钥匙包括DSP芯片。

所述闭锁模块设置接地端子，所述电源接口与所述接地端子间连接浪涌保护器。

所述信号线接口与所述接地端子间连接解耦电容。

所述电源接口包括双向端子排，所述双向端子排为铁氧体磁性材料制件。

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。

本发明的通信装置，目的在于实现高压供电系统微机防误闭锁功能的基础上，克服微机系统电磁兼容性的干扰影响，避免误动作的产生，同时可以使微机系统电源线与信号线的抗干扰性与相互隔离。

首先，在闭锁功能上，采用闭锁模块，包括程序锁单元，使闭锁功能发挥不同的作用。程序锁单元的优点在于，相对于电气闭锁或机械闭锁单元来说，要运用电气闭锁，就必须实行电缆的敷设工作，如此必然增加了施工量;由于电磁锁缺少反向闭锁功能，只有解锁功能，因而若要使用该项功能，必须与电气联锁电路一同使用才可实现;当电锁线圈位于户外时，极易因潮湿而发生霉变继而造成损坏，在降低绝缘的同时还提高了直流系统发生故障的机率;断路器控制开关极少设置闭锁措施;操作机构当中存在着辅助触点，要应用电气闭锁就需要将其串入到辅助触点，而辅助触点极易因接触不良而对动作的稳定性造成影响。而机械闭锁，无法应用于电器元件上，只能应用于户外闸刀或是开关柜内部等与机械动作有关的部位间，而对于户外闸刀与开关、开关柜与柜外配电设备之间、或是两柜之间也由于其无法触及而使应用不能实现。

本方案中的程序锁，具有应用范围宽广，进行钥匙传递时可将距离忽略的优点，运用钥匙可跟随操作程序进行转换或是传递，从而实现开锁操作的需求。在本装置中，程序锁单元包括编码锁和微机钥匙，微机钥匙包括DSP芯片，通过对变电所保护二次项，如保护压板、开关位置及直流电源等需要进行控制的空操作作出技术限制，即设置编码锁，编码锁并不参与到操作逻辑规则当中，然而在操作当中则不能将其跳过，必须于编码锁上进行对位操作后才可继续进行下一步操作，当对位成功的时候，微机钥匙以语音作出提示，以向操作人员说明操作正确。此外，将防误操作判断逻辑添加进编码锁的操作术语当中，可通过判断逻辑有效的防止误操作。如要确认电气设备是否处于冷备用状态，通过将相关条件添加进五防判断逻辑当中，当开关及其两侧的刀闸均处于分位时，即可确认其处于冷备用状态。当操作任务为数个时，改变传统的一个操作任务存于一把钥匙的方式，将多个任务同时存于一把微机钥匙之内，以微机钥匙替换传统的操作票。具体实施方法为：运行人员根据调度命令将操作任务按顺序输入到微机钥匙当中，而后再根据顺序进行逐一操作，若调度命令中途对操作顺序进行更新，则运行人员应根据序号来对需要的操作任务进行选择。

其次，在微机闭锁操作中，需要考虑电磁兼容性的影响。影响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，本发明的通信装置所采取的措施及有益效果如下所示：

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，所以，在闭锁模块的各个电气部件在实际使用时，可以在部件壳体的内表面覆盖铝膜，达到较为理想的抗辐射电磁场干扰的效果；同时，高压供电系统在涉及高压继电保护，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，可以在信号线接口与接地端子间连接解耦电容，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，在装置引出接地端子与接地线时，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2.5kHz脉冲重复频率,增加了100kHz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30MHz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。

本发明结合电磁兼容性试验指标，形成一种微机防误闭锁的电磁抗干扰通信装置，综合运用滤波、隔离、接地、屏蔽等多种手段，拥有维护工作少、闭锁可靠性强、防误功能好以及使用简单方便等优点，其既能帮助运行人员分担一部分工作，又可在培训当中作为模拟操作的设备，还可以有效防止电源线与通信线之间形成高速大电流回路，提高微机系统防误闭锁装置的抗干扰能力，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是本发明实施例一各模块结构示意图。

图2是本发明实施例二各模块结构示意图。

具体实施方式

实施例一

如图1所示，一种高压供电系统电子闭锁式通信模块，包括闭锁模块1以及分别与其连接的电源接口、信号线接口3，所述信号线接口包括双向传输通道4、功率放大器5、无源型电压放大器6及滤波单元7，所述闭锁模块包括程序锁单元。

所述程序锁单元包括编码锁8和微机钥匙9，所述微机钥匙包括DSP芯片。

所述闭锁模块设置接地端子10，所述电源接口与所述接地端子间连接浪涌保护器11。

所述信号线接口与所述接地端子间连接解耦电容12。

所述电源接口包括双向端子排2，所述双向端子排为铁氧体磁性材料制件。

所述滤波单元包括RC无源低通滤波器。

本发明的通信装置，目的在于实现高压供电系统微机防误闭锁功能的基础上，克服微机系统电磁兼容性的干扰影响，避免误动作的产生，同时可以使微机系统电源线与信号线的抗干扰性与相互隔离。

首先，在闭锁功能上，采用闭锁模块，包括程序锁单元，使闭锁功能发挥不同的作用。程序锁单元的优点在于，相对于电气闭锁或机械闭锁单元来说，要运用电气闭锁，就必须实行电缆的敷设工作，如此必然增加了施工量;由于电磁锁缺少反向闭锁功能，只有解锁功能，因而若要使用该项功能，必须与电气联锁电路一同使用才可实现;当电锁线圈位于户外时，极易因潮湿而发生霉变继而造成损坏，在降低绝缘的同时还提高了直流系统发生故障的机率;断路器控制开关极少设置闭锁措施;操作机构当中存在着辅助触点，要应用电气闭锁就需要将其串入到辅助触点，而辅助触点极易因接触不良而对动作的稳定性造成影响。而机械闭锁，无法应用于电器元件上，只能应用于户外闸刀或是开关柜内部等与机械动作有关的部位间，而对于户外闸刀与开关、开关柜与柜外配电设备之间、或是两柜之间也由于其无法触及而使应用不能实现。

本方案中的程序锁，具有应用范围宽广，进行钥匙传递时可将距离忽略的优点，运用钥匙可跟随操作程序进行转换或是传递，从而实现开锁操作的需求。在本装置中，程序锁单元包括编码锁和微机钥匙，微机钥匙包括DSP芯片，通过对变电所保护二次项，如保护压板、开关位置及直流电源等需要进行控制的空操作作出技术限制，即设置编码锁，编码锁并不参与到操作逻辑规则当中，然而在操作当中则不能将其跳过，必须于编码锁上进行对位操作后才可继续进行下一步操作，当对位成功的时候，微机钥匙以语音作出提示，以向操作人员说明操作正确。此外，将防误操作判断逻辑添加进编码锁的操作术语当中，可通过判断逻辑有效的防止误操作。如要确认电气设备是否处于冷备用状态，通过将相关条件添加进五防判断逻辑当中，当开关及其两侧的刀闸均处于分位时，即可确认其处于冷备用状态。当操作任务为数个时，改变传统的一个操作任务存于一把钥匙的方式，将多个任务同时存于一把微机钥匙之内，以微机钥匙替换传统的操作票。具体实施方法为：运行人员根据调度命令将操作任务按顺序输入到微机钥匙当中，而后再根据顺序进行逐一操作，若调度命令中途对操作顺序进行更新，则运行人员应根据序号来对需要的操作任务进行选择。

其次，在微机闭锁操作中，需要考虑电磁兼容性的影响。影响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，本发明的通信装置所采取的措施及有益效果如下所示：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，所以，在闭锁模块的各个电气部件在实际使用时，可以在部件壳体的内表面覆盖铝膜，达到较为理想的抗辐射电磁场干扰的效果；同时，高压供电系统在涉及高压继电保护，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，可以在信号线接口与接地端子间连接解耦电容，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，在装置引出接地端子与接地线时，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。

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。

实施例二

如图2所示，一种高压供电系统电子闭锁式通信模块，包括闭锁模块1以及分别与其连接的电源接口、信号线接口3，所述信号线接口包括双向传输通道4、功率放大器5、无源型电压放大器6及滤波单元7，所述闭锁模块包括程序锁单元。

所述程序锁单元包括编码锁8和微机钥匙9，所述微机钥匙包括DSP芯片。

所述闭锁模块设置接地端子10，所述电源接口与所述接地端子间连接浪涌保护器11。

所述信号线接口与所述接地端子间连接解耦电容12。

所述电源接口包括双向端子排2，所述双向端子排为铁氧体磁性材料制件。

所述滤波单元包括RC无源低通滤波器。

与实施例一的不同之处在于：所述电源接口包括瞬态抑制二极管13，一方面，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2.5kHz脉冲重复频率,增加了100kHz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14，抑制30MHz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。

Claims (7)

1.一种高压供电系统电子闭锁式通信模块，其特征在于：包括闭锁模块以及分别与其连接的电源接口、信号线接口，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，所述闭锁模块包括程序锁单元。

2.如权利要求1所述的高压供电系统电子闭锁式通信模块，其特征在于：所述程序锁单元包括编码锁和微机钥匙，所述微机钥匙包括DSP芯片。

3.如权利要求1所述的高压供电系统电子闭锁式通信模块，其特征在于：所述闭锁模块设置接地端子，所述电源接口与所述接地端子间连接浪涌保护器。

4.如权利要求3所述的高压供电系统电子闭锁式通信模块，其特征在于：所述信号线接口与所述接地端子间连接解耦电容。

5.如权利要求1所述的高压供电系统电子闭锁式通信模块，其特征在于：所述电源接口包括双向端子排，所述双向端子排为铁氧体磁性材料制件。

6.如权利要求5所述的高压供电系统电子闭锁式通信模块，其特征在于：所述电源接口包括瞬态抑制二极管。

7.如权利要求1所述的高压供电系统电子闭锁式通信模块，其特征在于：所述滤波单元包括RC无源低通滤波器。