CN106501580B - 一种集成式隔离断路器及其电子式互感器采集器 - Google Patents

Abstract

本发明一种集成式隔离断路器及其电子式互感器采集器，结构简单、集成度高、小型化、智能可靠。其包括密封设置的采集盒子，固定在采集盒子内部中间的PCB安装底板，分别固定设置在PCB安装底板两侧的采样PCB板和取能供电回路PCB板；所述的采样PCB板的输入端分别连接密封设置在采集盒子上的第一模拟信号航空接口和第二模拟信号航空接口，用于测量电流接口和保护电流接口；采样PCB板的输出端连接密封设置在采集盒子上的光纤通讯接口；所述的取能供电回路PCB板的输入端连接密封设置在采集盒子上的取能信号端子，用于集成式隔离断路器的二级取能电流输入接口；取能供电回路PCB板通过双排插针与采样PCB板连接供电。

Description

一种集成式隔离断路器及其电子式互感器采集器

技术领域

本发明涉及智能变电站中集成式电子式互感器，具体为一种集成式隔离断路器及其电子式互感器采集器。

背景技术

电子式互感器具有体积小、重量轻、无磁饱和、无二次开路，可方便的与一次高压开关设备组合安装，有效提高了设备集成度，减少用地、安装运输方便等优点，具有广泛应用的市场前景。随着技术的不断成熟，近年来独立式电子式互感器在敞开式变电站逐步得以成功应用，但是对于将电子式互感器集成于断路器灭弧室和支柱绝缘子之间的隔离断路器来说，电子式互感器的稳定安全可靠运行并没有那么顺利，一方面集成式隔离断路器是国家电网公司2013年开始逐步试点应用的新产品，另一方面是因为该集成式安装方式的电子式互感器距离灭弧室断口距离非常近，电子式互感器线圈和采集器处于电磁严重污染的环境中，特别是变电站现场断路器分合空载变压器、电抗器及电动机和母线侧隔离开关拉合空载母线时产品的瞬态干扰重则会导致变电站首次投运失败。近年来该类型的暂态干扰现象引起电子式互感器在多个新一代智能变电站中采样数据异常甚至损坏等严重问题导致保护误动常有发生，电子式互感器的可靠性依然严重困扰着电子式互感器的大面积推广应用。

隔离断路器用电子式互感器及采集器由于其安装位置更加接近开关设备等操作元件，长时间，近距离运行在恶劣的电磁环境中，其抗干扰能力近年来以来受到特别的关注。电磁干扰防护的研究已经成为电子式互感器核心技术之一。现有技术，在变电站应用现场断路器分合空载变压器、电抗器及电动机等感性负载和母线侧隔离开关拉合空载母线时存在电子式互感器容易受干扰，可靠性不高甚至死机等工程实践中存在的不足和困难，使得新一代智能变电站中集成式电子式互感器系统稳定性遭遇技术瓶颈。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种集成式隔离断路器及其电子式互感器采集器，结构简单、集成度高、小型化、智能可靠。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种集成式隔离断路器的电子式互感器采集器，包括密封设置的采集盒子，固定在采集盒子内部中间的PCB安装底板，分别固定设置在PCB安装底板两侧的采样PCB板和取能供电回路PCB板；所述的采样PCB板的输入端分别连接密封设置在采集盒子上的第一模拟信号航空接口和第二模拟信号航空接口，用于测量电流接口和保护电流接口；采样PCB板的输出端连接密封设置在采集盒子上的光纤通讯接口；所述的取能供电回路PCB板的输入端连接密封设置在采集盒子上的取能信号端子，用于集成式隔离断路器的二级取能电流输入接口；取能供电回路PCB板通过双排插针与采样PCB板连接供电。

优选的，采集器盒子侧面设置有能够拆卸的安装板。

优选的，采样PCB板和取能供电回路PCB板分别通过多个支柱和配合的螺钉固定安装在PCB安装底板两侧。

优选的，PCB安装底板两侧分别设置有绝缘板。

优选的，采集器盒子上设置有与PCB安装底板连接的可靠接地点，采集器盒子底端分别设置有多个等电位L型板；等电位L型板的自由端上开设有固定通孔。

优选的，第一模拟信号航空接口和第二模拟信号航空接口分别与对应的屏蔽信号线连接；屏蔽信号线的芯线与采样PCB板的输入端连接，屏蔽层与采集器盒子电连接。

优选的，采样PCB板设置有与控制器交互的过电压抑制模块、数据采集模块和电光转换发送模块，采样PCB板电源端口设置有过电压滤波器，信号输入端口设置无源低通滤波器。

优选的，采样PCB板上设置有用于供电的激光电池；所述的光纤通信接口包括激光供电接口和采样数据发送接口。

一种集成式隔离断路器，包括以上任意一个所述的电子式互感器采集器，分离设置的智能控制柜和支架，依次在支架上设置的支柱绝缘子和灭弧室，套装于灭弧室和支柱绝缘子之间的电子式互感器，设置在支柱绝缘子底座上的接地开关，与支柱绝缘子并排设置的光纤绝缘子，固定在支柱绝缘子和光纤绝缘子上端的法兰侧固定板；

电子式互感器包括密封设置的屏蔽线圈盒和设置在屏蔽线圈盒中的线圈；电子式互感器采集器和屏蔽线圈盒均固定在法兰侧固定板上；电子式互感器采集器外部设置有与屏蔽线圈盒和法兰侧固定板固定的采集器箱体；

智能控制柜包括合并单元，线圈输出端经屏蔽信号线连接到电子式互感器采集器的输入端，电子式互感器采集器的输出端经光纤、光纤绝缘子和光缆接入合并单元。

优选的，屏蔽线圈盒、采集器箱体和电子式互感器采集器的采集盒子分别通过螺栓固定连接在法兰侧固定板上。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明一种集成式隔离断路器的电子式互感器采集器，抗干扰能力强，当断路器分合空载变压器、电抗器及电动机等感性负载和母线侧隔离开关拉合空载母线时电子式互感器受到的传导或辐射干扰经过屏蔽信号线，通过设置的两个航空插头直接进入采集器采样PCB板，背靠背式设置在PCB安装底板的采样PCB板和取能供电回路PCB板，不仅结构稳定可靠，而且能够同时为其提供可靠的等电位接地点；设置的双排插针确保信号传输的可靠性，避免通过信号线端子容易受到辐射干扰的风险；集成化高、抗干扰能力强、密封性好、具有防尘防水和防凝露的特点。

进一步的，通过采集PCB板信号端口的无源低通滤波器，对高频共模和差模干扰进行抑制。

进一步的，通过在PCB安装底板上及绝缘板设置，将采样PCB板的弱电和取能供电回来PCB板的强电进行了隔离，进一步减少了强弱电耦合干扰。

本发明一种集成式隔离断路器，通过在电子式互感器采集器的滤波处理上采样中位值滤波算法对快速脉冲群干扰进行了滤波处理，较好的对偶然出现的脉冲性干扰进行抑制，消除了由于脉冲干扰所引起的采样值瞬时超大值导致保护误动，采集器经过高速数据采集和干扰滤波处理后以光信号的形式供合并单元采集合并。光信号的远距离传输保证了试验人员能够远离一次设备本体进行试验，可避免对人身造成伤害。

进一步的，采集器盒子在结构和屏蔽方面采用双层全密封屏蔽将采集卡包围起来，防止他们受到外界电磁场的影响，电子式互感器采集器有独立可靠的接地点，确保和支撑法兰在高压侧等电位，为干扰电流提供最短的释放路径。

附图说明

图1是本发明实例中所述集成式隔离断路器的安装结构示意图。

图2a为本发明实例中所述集成式隔离断路器的电子式互感器采集器结构剖面示意图。

图2b为图2a的左视图。

图2c为图2a的右视图。

图3为本发明实例中所述电子式互感器采集器的安装位置断面示意图。

图中：PCB安装底板1，采样PCB板2，取能供电回路PCB板3，螺钉4，光纤通讯接口5，取能信号端子6，采集盒子7，安装板8，等电位L型板9，第一模拟信号航空接口10，第二模拟信号航空接口11，绝缘板12，双排插针13，可靠接地点14，支柱15，套装于灭弧室16，支柱绝缘子17，接地开关18，电子式互感器19，采集器箱体20，光纤绝缘子21，智能控制柜22，光缆23，合并单元24，法兰侧固定板25，屏蔽线圈盒26，线圈27，屏蔽信号线28，光纤29。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明一种集成式隔离断路器的电子式互感器采集器，抗干扰能力强，对隔离断路器开合空载变压器、电抗器和电动机等感性负载或新一代智能变电站母线侧隔离开关分合闸操作时产生的破坏性干扰具有较强的抑制作用。

所述的电子式互感器采集器包括PCB安装底板1、采样PCB板2、取能供电回路PCB板3、绝缘板12、光纤通信接口5、第一模拟信号航空接口10、第二模拟信号航空接口11、取能信号端子6、采集盒子7和可靠接地点14。

所述的取能供电回路PCB板3和采样PCB板2可以同时为采集卡工作提供互为备份的5V供电电源。采样PCB板2采集卡实时监控取能供电回路PCB板3和采样PCB板2的激光供电发送给合并单元，合并单元的供电控制策略根据母线取能的工作状态实时关闭或开启激光供电。

所述的采集器保护电流和测量电流信号通过第一模拟信号航空接口10、第二模拟信号航空接口11接入。采集器盒子7经过L型板9固定安装于法兰侧的固定板上实现与电流互感器19的等电位。

采样PCB板2和取能供电回路PCB板3之间通过双排插针13相连。

采集卡通过滤波算法对离散突变异常数据进行实时滤波处理。

使用时，数据处理和流向如下。

1)当集成式隔离断路器分合空载变压器、电抗器及电动机等感性负载和母线侧隔离开关拉合空载母线时电子式互感器受到的传导或辐射干扰经过短而粗的双层屏蔽信号线28经过第一模拟信号航空接口10、第二模拟信号航空接口11直接进入采集器；

2)采集器中采样PCB板2对输入信号进行数据采样，同时对离散突变异常数据进行实时滤波处理；

3)滤波后的采样数据和预设阈值进行比较，如果大于阈值则对当前采样点置品质无效按照通信协议进行数据打包处理，如果在阈值范围内则同正常数据一同按照通信协议进行数据打包处理；

4)打包后的采样数据和激光电池供电效率和寿命监测数据周期性的经电光转换模块以光纤传输给后端合并单元处理；

5)合并单元根据采集器对光电池供电效率和寿命的监控数据实时调节合并单元侧激光供电的功率以满足采集器的正常工作需求，在激光电池达到极限寿命前发出维修告警。

所述的采样PCB板2主要完成保护电流、测量电流信号的调理、高速数据采集和干扰滤波处理后以光信号的形式供合并单元采集合并。

所述的取能供电回路PCB板3完成母线电流大于阈值时，阈值一般设置为45A左右，经过二级线圈变换将取能信号端子6中的电流信号转换为稳定可靠的5V电压信号通过双排插针13给采样PCB板2供电。同时采样PCB板2通过光纤激光供电经激光电池将光能量转化为5V的电压信号给自身进行供电，采样PCB板2实时监控母线取能供电和激光供电发送给合并单元，合并单元针对采样PCB板2的供电控制策略实时关闭或开启激光供电根据母线取能的工作状态，正常情况下激光供电处于睡眠状态。

所述的电子式互感器采集器经过第一模拟信号航空接口10、第二模拟信号航空接口11接入保护电流和测量电流信号，经过取能信号输入端子6获得母线二级取能线圈输出的电流信号，所述采样PCB板2通过双排插针13从取能供电回路PCB板3或自身激光光电池进行供电。采样PCB板2内部集成有具有过电压抑制模块、数据采集和电光转换发送模块等。采样PCB板2安装于屏蔽采集器盒子7内，减少外部辐射干扰对有效信号的干扰。采集器通过L型安装底板进行固定安装9，通过该安装底板将采集器和法兰等电位，确保当发生干扰时共模干扰电流以最短的路径流到法兰最低点。采样PCB板2电源端口安装有过电压滤波器对由操作干扰在安装法兰上引起的电位抬升破坏性有抑制保护作用。

具体的在本实施例中，测量电流传感器选用的是LCPT线圈，保护电流传感器选用的是罗氏线圈，传感器都是穿心式的安装于主回路导体上。

如图1所示，本发明集成式隔离断路器包括灭弧室16、电子式互感器19、支柱绝缘子17和光纤绝缘子21、智能控制柜22和光缆23；其合并单元24安装于智能控制柜22内，和采集器之间通过光纤连接。电子式互感器19套装于灭弧室16和支柱绝缘子17之间，采集器安装于法兰侧的固定板上。

如图2a、图2b和图2c所示，第一模拟信号航空接口10、第二模拟信号航空接口11用于测量电流接口和保护电流接口，取能信号端子6用于二级取能电流输入接口，光纤通信接口5包括激光供电接口和采样数据发送接口。采集器盒子7在结构和屏蔽方面采用双层全密封屏蔽将采集卡安装固定屏蔽起来，采集器盒子侧面安装板8其中有一侧是可以拆卸的，采集器由独立可靠的等电位L型板9安装固定于法兰侧底板。采样PCB板2和取能供电回路PCB板3之间通过双排插针13相连确保信号传输的可靠性，避免通过信号线端子容易受到辐射干扰的风险，同时采样PCB板2和取能供电回路PCB板3与PCB式安装底板2通过多个支柱15经螺钉4固定安装，避免运输振动等对信号插针连接可靠性带来的风险。采集器盒子7布局结构合理、美观大方，充分考虑了电缆和光纤的接口走线方向和形式，保护了光纤的安全性和较好的工程施工。该采集器具有小型化、一体化、集成化、抗干扰能力强、密封性好、防尘防水和防凝露的特点。

如图3所示，屏蔽线圈盒16内是电流传感器罗氏线圈和测量线圈，金属的屏蔽线圈盒16通过多个螺杆固定在底座法兰上，屏蔽线圈盒16和底座法兰等电位。线圈信号通过采用屏蔽双绞线的屏蔽信号线28接入到采集器第一模拟信号航空接口10、第二模拟信号航空接口11。隔离断路器操作感性负载时会产品操作过电压，是作用时间短促的瞬变过程，相应的电压/电流干扰信号也呈现高频振荡的特性。该高频、较高幅值的干扰信号作用于金属的屏蔽线圈盒16及信号线屏蔽层上。该干扰信号向垂直最短路径经多个螺杆流向了底座法兰实现了等电位，避免了因为干扰流通路径而引起的电位抬升而对采集器工作带来的干扰。

这种等电位的安装结构比之前的屏蔽线圈盒16通过信号屏蔽线在采集器侧实现等电位的设计方式相比有本质的区别，以往或现在工程实践上大多数采用的是通过电流屏蔽信号线28将屏蔽线圈盒16和信号线上的干扰经采集器安装底板电位点进行释放，在高频情况下，由于作为传输线的屏蔽信号线28本身存在阻抗，因此干扰信号从金属的屏蔽线圈盒16到采集器等电位点存在电压差，客观上在信号线屏蔽层产生共模电流。该共模电流通过信号线屏蔽层和芯线之间的杂散电容耦合到保护信号、测量信号影响采集器采集和转换。而图3中的螺杆安装方式由于屏蔽线圈盒16和法兰以最短距离垂直等电位连接，线圈屏蔽罩通过螺杆能迅速地将操作过电压产生的干扰信号泄放到法兰，而电流信号屏蔽线上产生的干扰经过采集器盒子7和法兰实现等电位，通过该等电位的设计使得干扰信号能以最短路径快速的流到法兰避免了其对采集器的干扰。

采用上述技术方案的本发明结构简单，集成度高，背靠背式电子式互感器采集器设计对操作干扰有较好的抑制作用，同时一体化集成安装的采集器等电位设计对电位抬升破坏性干扰进行了防护，采集器对干扰传导量进行了软件滤波抑制，该背靠背式电子式互感器采集器对电磁干扰进行了整体抑制，确保了其工作安全可靠。

以上所揭露的仅是本发明的较佳实施例而已，然不能以此来限定本发明的权利范围；本领域技术人员利用上述揭露的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种集成式隔离断路器的电子式互感器采集器，其特征在于，包括密封设置的采集盒子(7)，固定在采集盒子(7)内部中间的PCB安装底板(1)，分别固定设置在PCB安装底板(1)两侧的采样PCB板(2)和取能供电回路PCB板(3)；

所述的采样PCB板(2)的输入端分别连接密封设置在采集盒子(7)上的第一模拟信号航空接口(10)和第二模拟信号航空接口(11)，用于测量电流接口和保护电流接口；采样PCB板(2)的输出端连接密封设置在采集盒子(7)上的光纤通讯接口(5)；

所述的取能供电回路PCB板(3)的输入端连接密封设置在采集盒子(7)上的取能信号端子(6)，用于集成式隔离断路器的二级取能电流输入接口；取能供电回路PCB板(3)通过双排插针(13)与采样PCB板(2)连接供电；采样PCB板(2)上设置有用于供电的激光电池；所述的光纤通信接口(5)包括激光供电接口和采样数据发送接口；

所述的取能供电回路PCB板(3)完成母线电流大于阈值时，经过二级线圈变换将取能信号端子(6)中的电流信号转换为稳定可靠的5V电压信号通过双排插针13给采样PCB板(2)供电；同时采样PCB板(2)通过光纤激光供电经激光电池将光能量转化为5V的电压信号给自身进行供电，采样PCB板(2)实时监控母线取能供电和激光供电发送给合并单元，合并单元针对采样PCB板(2)的供电控制策略实时关闭或开启激光供电根据母线取能的工作状态，正常情况下激光供电处于睡眠状态；

所述的取能供电回路PCB板(3)和采样PCB板(2)同时为采集卡工作提供互为备份的5V供电电源；采样PCB板(2)采集卡实时监控取能供电回路PCB板(3)和采样PCB板(2)的激光供电发送给合并单元，合并单元的供电控制策略根据母线取能的工作状态实时关闭或开启激光供电；

采样PCB板(2)设置有与控制器交互的过电压抑制模块、数据采集模块和电光转换发送模块，采样PCB板(2)电源端口设置有过电压滤波器，信号输入端口设置无源低通滤波器；

采集器盒子(7)的一侧面设置有能够拆卸的安装板(8)；

采集器盒子(7)上设置有与PCB安装底板(1)连接的可靠接地点(14)，采集器盒子(7)底端分别设置有多个等电位L型板(9)；等电位L型板(9)的自由端上开设有固定通孔。

2.根据权利要求1所述的一种集成式隔离断路器的电子式互感器采集器，其特征在于，采样PCB板(2)和取能供电回路PCB板(3)分别通过多个支柱(15)和配合的螺钉(4)固定安装在PCB安装底板(1)两侧。

3.根据权利要求1所述的一种集成式隔离断路器的电子式互感器采集器，其特征在于，PCB安装底板(1)两侧分别设置有绝缘板(12)。

4.根据权利要求1所述的一种集成式隔离断路器的电子式互感器采集器，其特征在于，第一模拟信号航空接口(10)和第二模拟信号航空接口(11)分别与对应的屏蔽信号线(28)连接；屏蔽信号线(28)的芯线与采样PCB板(2)的输入端连接，屏蔽层与采集器盒子(7)电连接。

5.一种集成式隔离断路器，其特征在于，包括如权利要求1-4任意一项所述的电子式互感器采集器，分离设置的智能控制柜(22)和支架，依次在支架上设置的支柱绝缘子(17)和灭弧室(16)，套装于灭弧室(16)和支柱绝缘子(17)之间的电子式互感器(19)，设置在支柱绝缘子(17)底座上的接地开关(18)，与支柱绝缘子(17)并排设置的光纤绝缘子(21)，固定在支柱绝缘子(17)和光纤绝缘子(21)上端的法兰侧固定板(25)；

电子式互感器(19)包括密封设置的屏蔽线圈盒(26)和设置在屏蔽线圈盒(26)中的线圈(27)；电子式互感器采集器和屏蔽线圈盒(26)均固定在法兰侧固定板(25)上；电子式互感器采集器外部设置有与屏蔽线圈盒(26)和法兰侧固定板(25)固定的采集器箱体(20)；

智能控制柜(22)包括合并单元(24)，线圈(27)输出端经屏蔽信号线(28)连接到电子式互感器采集器的输入端，电子式互感器采集器的输出端经光纤(29)、光纤绝缘子(21)和光缆(23)接入合并单元。

6.根据权利要求5所述的一种集成式隔离断路器，其特征在于，屏蔽线圈盒(26)、采集器箱体(20)和电子式互感器采集器的采集盒子(7)分别通过螺栓固定连接在法兰侧固定板(25)上。

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