CN114124015A - 一种智慧型变电站汇聚节点抗干扰装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智慧型变电站汇聚节点抗干扰装置，属于智慧型变电站无线网络设备领域，该装置具有良好的综合防护性能，铁氧体磁环能够进一步滤除和吸收空间瞬态电磁场和暂态地电位升耦合到通信线缆上瞬态共模传导干扰信号；穿心电容滤波器滤除经通信线缆传输到汇聚节点端口处的瞬态共模传导干扰信号，铁氧体磁环与汇聚节点端口中的穿心电容滤波器组成一个LC低通滤波电路，LC低通滤波电路能够滤除和吸收智慧型变电站中空间瞬态电磁场和暂态地电位升耦合到通信线缆上的特定频率的瞬态共模干扰信号，保证智慧型变电站无线网络通信设备之间的数据传输更加准确、安全，提高智慧型变电站汇聚节点设备的可靠性。

Description

一种智慧型变电站汇聚节点抗干扰装置

技术领域

本发明涉及智慧型变电站无线网络设备领域，特别是涉及一种智慧型变电站汇聚节点抗干扰装置。

背景技术

智慧型变电站内的电磁环境复杂多变，GIS(gas insulated substation，气体绝缘变电站)变电站开关操作引起的VFTO(very fasttransientovervoltage，快速瞬态过电压)和变电站周边暂态电磁场剧烈变化，其特点是在时域内脉冲上升、下降时间短，幅度大，在频域内频谱含量丰富，在变电站空间域内作用范围大。变电站拥有的核心设备多，变电站中的变压器、GIS开关、母线、杆塔等金属设备在无线电波传播中会形成较强的镜面反射和散射，从而产生很多强度较大的多径分量，电波传播特性复杂。

一方面，智慧型变电站由开关操作产生的强烈的瞬态空间电磁场与汇聚节点的通信线耦合产生瞬态感应电压和感应电流；另一方面，智慧型变电站开关操作产生的冲击电流入地形成暂态地电位升高，暂态地电位升高会与无线网络通信设备的线缆耦合形成瞬态传导骚扰。由瞬态空间电磁场和地电位升耦合到汇聚节点通信线缆上的瞬态干扰会传输到汇聚节点设备端口，进而侵入内部，这使得汇聚节点设备会受到电磁干扰，影响通信质量，造成误码、丢包等现象，严重时会导致整个无线传感网络的不能正常可靠的运行。汇聚节点作为整个无线传感网络的中枢设备，一方面需要与智能传感单元通过无线或有线的方式进行通信，将智能传感单元采集的信息进行接收和汇总；另一方面需要把汇聚完成的信息通过有线的方式上传至接入节点。它可靠正常的工作对于整个无线传感网络的通信起着至关重要的作用。

调研发现，智慧型变电站中汇聚节点的使用数量和类型非常多，而汇聚节点的通信电缆却是直接曝露在复杂的空间电磁场下，一方面，现有滤波装置只能滤除二次设备处的差模干扰信号，而不能对共模干扰信号进行抑制；另一方面现有技术中并没有针对抑制智慧型变电站瞬态空间电磁场和地电位升耦合到汇聚节点通信线缆上的瞬态干扰的装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种智慧型变电站汇聚节点抗干扰装置，以三级抗干扰防护之间的相互配合来抑制智慧型变电站中强烈的空间瞬态电磁场和暂态地电位升对汇聚节点线缆的瞬态共模干扰，该装置既可以保证汇聚节点线缆完成正常信号的传输，又可以将变电站内复杂的空间瞬态电磁场和地电位升耦合到通信线上的共模干扰信号进行滤除和吸收，从而保证了设备之间的正常、安全的通信，提高了智慧型变电站汇聚节点设备的可靠性。为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种智慧型变电站汇聚节点抗干扰装置，所述装置适用于智慧型变电站无线物联网中的汇聚节点设备，所述装置包括：通信线缆、铁氧体磁环和含穿心电容滤波器的汇聚节点端口；

所述含穿心电容滤波器的汇聚节点端口作为汇聚节点的信号接收端口通过通信线缆与汇聚节点前级通信设备的信号发送端口连接，所述通信线缆用于将汇聚节点前级通信设备发送的信息传输至汇聚节点；

所述汇聚节点端口中的穿心电容滤波器用于将智慧型变电站内空间瞬态电磁场和地电位升耦合到汇聚节点通信线缆上的高频共模干扰引入公共地，延缓瞬态传导共模干扰的上升沿；

所述铁氧体磁环套设在靠近汇聚节点一端的通信线缆上；，所述铁氧体磁环用于滤除变电站内空间瞬态电磁场和暂态地电位升耦合到汇聚节点通信线缆上的传导共模干扰，并吸收线缆上的共模干扰的能量；

所述铁氧体磁环与所述汇聚节点端口中的穿心电容滤波器组成一个LC低通滤波电路，所述LC低通滤波电路用于滤除和吸收智慧型变电站中空间瞬态电磁场和暂态地电位升耦合到通信线缆上的特定频率的瞬态共模干扰信号。

可选的，所述装置还包括：屏蔽管；

屏蔽管套设在铁氧体磁环和通信线缆上；

屏蔽管的一端的金属部分通过汇聚节点前级通信设备的信号发送端口与汇聚节点前级通信设备的金属外壳连接，屏蔽管的另一端的金属部分通过含穿心电容滤波器的汇聚节点端口与汇聚节点的金属外壳连接，汇聚节点前级通信设备和汇聚节点的金属外壳均接地；所述屏蔽管用于屏蔽一部分智慧型变电站内产生的空间瞬态电磁场，减少空间瞬态电磁场对线缆的耦合作用。

可选的，当所述通信线缆为直导线类型的通信线缆时，屏蔽管为金属屏蔽管；

当所述通信线缆为弯曲通信线缆时，屏蔽管为波纹屏蔽管。

可选的，所述穿心电容滤波器的电容值和铁氧体磁环的电感值的确定标准为：

所述LC低通滤波电路的截止频率

小于智慧型变电站内开关操作产生的衰减振荡波的主振频率；

其中，f为LC低通滤波电路的截止频率，L为铁氧体磁环的电感值，C为穿心电容滤波器的电容值。

可选的，所述铁氧体磁环的数量为多个。

可选的，所述含穿心电容滤波器的汇聚节点端口为RJ45端口。

可选的，所述通信线缆为八芯的以太网线，以太网线的接头为RJ45接头；

八芯中的4根芯线为备用通信芯线；

八芯中备用通信芯线以外的4根通信芯线中的2根芯线作为传输数据的正负极，另外2根芯线作为接收数据的正负极。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明公开一种智慧型变电站汇聚节点抗干扰装置，该装置具有良好的综合防护性能。既可以滤除和吸收智慧型变电站内空间瞬态电磁场和暂态地电位升已经耦合到汇聚节点通信线缆上的传导共模干扰，又可以减少智慧型变电站内的空间瞬态电磁场对汇聚节点通信线缆耦合作用。屏蔽管作为本发明第一级干扰措施，能够屏蔽一部分智慧型变电站内产生的空间瞬态电磁场，减少空间瞬态电磁场与屏蔽管内部线缆的耦合作用；铁氧体磁环作为本发明第二级干扰措施，能够进一步滤除和吸收空间瞬态电磁场和暂态地电位升耦合到通信线缆上瞬态共模传导干扰信号；穿心电容滤波器作为本发明第三级干扰措施，包含在汇聚节点端口内，最后一步滤除经通信线缆传输到汇聚节点端口处的瞬态共模传导干扰信号。此外，铁氧体磁环与汇聚节点端口中的穿心电容滤波器组成一个LC低通滤波电路，LC低通滤波电路能够滤除和吸收智慧型变电站中空间瞬态电磁场和暂态地电位升耦合到通信线缆上的特定频率的瞬态共模干扰信号，保证智慧型变电站无线网络通信设备之间的数据传输更加准确、安全，提高智慧型变电站汇聚节点设备的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的智慧型变电站汇聚节点抗干扰装置的结构图。

符号说明：1-汇聚节点前级通信设备，2-汇聚节点，3-屏蔽管，4-通信线缆，5-铁氧体磁环，6-含穿心电容滤波器的汇聚节点端口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种智慧型变电站汇聚节点抗干扰装置，能够抑制智慧型变电站汇聚节点通信线缆的瞬态共模干扰，保证智慧型变电站无线网络通信设备之间的数据传输更加准确、安全，提高智慧型变电站汇聚节点设备的可靠性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供了一种智慧型变电站汇聚节点抗干扰装置，如图1所示，该装置仅适用于智慧型变电站无线物联网中的汇聚节点设备，具有良好的综合防护性能。装置包括：通信线缆4、铁氧体磁环5和含穿心电容滤波器的汇聚节点端口6。

含穿心电容滤波器的汇聚节点端口6作为汇聚节点2的信号接收端口通过通信线缆4与汇聚节点前级通信设备1的信号发送端口连接，通信线缆4用于将汇聚节点前级通信设备1发送的信息传输至汇聚节点2。汇聚节点端口中的穿心电容滤波器用于将智慧型变电站内空间瞬态电磁场和地电位升耦合到汇聚节点通信线缆上的高频共模干扰引入公共地，延缓瞬态传导共模干扰的上升沿。

铁氧体磁环5套设在靠近汇聚节点2一端的通信线缆4上。铁氧体磁环用于滤除变电站内空间瞬态电磁场和暂态地电位升耦合到汇聚节点通信线缆上的传导共模干扰，并吸收线缆上的共模干扰的能量。

铁氧体磁环5与汇聚节点端口中的穿心电容滤波器组成一个LC低通滤波电路，LC低通滤波电路用于滤除和吸收智慧型变电站中空间瞬态电磁场和暂态地电位升耦合到通信线缆4上的特定频率的瞬态共模干扰信号。

1、汇聚节点前级通信设备

汇聚节点前级通信设备1将传感单元的信息进行简单接收和汇总，可以对信息进行初步的加密处理，通过以太网线能够给汇聚节点设备发送信息，完成信号的传输。汇聚节点前级通信设备1的外壳接地。

2、汇聚节点

汇聚节点2作为本发明提供的一种智慧型变电站汇聚节点抗干扰装置的主要敏感设备。汇聚节点2能够接收来自汇聚节点前级通信设备1发送的信息，将信号调制后通过无线的方式上传至无线网络设备的基站。汇聚节点2的设备外壳接地。

3、屏蔽管

智慧型变电站汇聚节点抗干扰装置还包括：屏蔽管3。屏蔽管3套设在铁氧体磁环5和通信线缆4上。屏蔽管3的一端的金属部分通过汇聚节点前级通信设备1的信号发送端口与汇聚节点前级通信设备1的金属外壳连接，屏蔽管3的另一端的金属部分通过含穿心电容滤波器的汇聚节点端口6与汇聚节点2的金属外壳连接，汇聚节点前级通信设备1和汇聚节点2的金属外壳均接地。屏蔽管3用于屏蔽一部分智慧型变电站内产生的空间瞬态电磁场，使智慧型变电站内产生的空间瞬态电磁场进入屏蔽管3后得到衰减，减少空间瞬态电磁场对线缆的耦合作用。

屏蔽管3根据内部通信线缆4的粗细程度和长度可以进行特定的选取，保证线缆的完整度。屏蔽管3可以具有伸缩性和弹性，减少内部通信线缆4所受的外界机械强度的损伤，提高通信线缆4的使用寿命。

屏蔽管3作为本发明提供的一种智慧型变电站汇聚节点抗干扰装置的第一级抗干扰措施。

4、通信线缆

通信线缆4能够完成汇聚节点前级通信设备1与汇聚节点2之间的信号传输。通信线缆4为八芯的以太网线，以太网线的接头为RJ45接头。八根芯线两两扭绞，能够在一定程度上减少空间电磁场的干扰。八芯中的4根芯线为备用通信芯线，4根芯线作为主要的通信芯线。八芯中备用通信芯线以外的4根通信芯线中的2根芯线作为传输数据的正负极，另外2根芯线作为接收数据的正负极。

5、铁氧体磁环

铁氧体磁环5作为本发明提供的一种智慧型变电站汇聚节点抗干扰装置的第二级抗干扰措施，能够吸收和滤除线缆上部分的瞬态传导共模干扰信号。

铁氧体磁环5套在通信线缆4上，铁氧体磁环5套的安装位置在屏蔽管3的内部，且靠近汇聚节点端口处。铁氧体磁环5的电感值可根据变电站内所产生不同频率的干扰信号进行选取，保证能够滤除特定频率的瞬态干扰信号，而不影响正常工作的信号。铁氧体磁环5可以吸收通信线缆4上瞬态传导共模干扰信号的能量，电感将这部分能量转换为热能消耗掉。即，铁氧体磁环5既能够滤除变电站内空间瞬态电磁场和暂态地电位升耦合到汇聚节点2通信线缆4上的传导共模干扰，还能够吸收线缆上的共模干扰的能量。

6、含穿心电容滤波器的汇聚节点端口

穿心电容滤波器作为本发明提供的一种智慧型变电站汇聚节点抗干扰装置的第三级抗干扰措施。

含穿心电容滤波器的汇聚节点端口6为RJ45端口。穿心电容滤波器使用和安装方便，穿心电容滤波器的安装位置在汇聚节点设备的端口处。含穿心电容滤波器的汇聚节点端口6与通信线缆4直连，通信线缆4中的芯线与含穿心电容滤波器的汇聚节点端口6的外皮形成特定的C，端口的外皮与设备外壳相连，设备外壳接地，从而将通信线缆4中瞬态传导共模感应干扰信号引入公共地。

穿心电容滤波器可以延缓瞬态传导共模干扰的上升沿，能够将以太网线中瞬态传导共模感应干扰信号引入公共地。

穿心电容滤波器的电容值可根据变电站内所产生不同频率的干扰信号进行选取，保证能够滤除特定频率的瞬态干扰信号，而不影响正常工作的信号。穿心电容滤波器与铁氧体磁环5组成了一个LC型滤波电路，通过选取不同的参数，可以滤除和吸收不同类型智慧型变电站中特定频率的瞬态干扰。含穿心电容滤波器的汇聚节点端口6可以连接屏蔽管3的金属部分，能够很好的将屏蔽管3与汇聚节点设备的金属外壳相连，使得屏蔽管3更好的接地。

氧体磁环和穿心电容滤波器参数的选择具有灵活性和针对性。不同电压等级和不同类型的智慧型变电站由开关操作产生强烈的瞬态空间电磁场和暂态地电位升具有衰减振荡特性和主振频率。可以根据不同智慧型变电站的应用场景，灵活的选取不同的参数的铁氧体磁环和穿心电容，从而有针对性地滤除和吸收不同类型智慧型变电站内产生的不同主振频率的瞬态干扰。

穿心电容滤波器的电容值和铁氧体磁环的电感值的确定方法具体为：

(1)穿心电容滤波器与设备外壳形成电容C，而电容C会对共模信号有影响，也会对差模信号有影响，因次C的值应尽量小。

(2)LC低通滤波电路的截止频率

小于智慧型变电站内开关操作产生的衰减振荡波的主振频率。智慧型变电站开关操作产生的电磁骚扰为具有主振频率的衰减振荡波，如1MHz、3MHz、10MHz、30MHz等这些标准的主振频率。

其中，f为LC低通滤波电路的截止频率，L为铁氧体磁环的电感值，C为穿心电容滤波器的电容值。

(3)C的值要小，确定C值后通过调整L的值来达到预期的截止频率。并且L的值要合适，铁氧体磁环的数量可以为多个，铁氧体磁环的数量使用有限，不能太多。

本发明的装置使用和现场安装方便。在智慧型变电站建造时，可以直接安装在汇聚节点设备线缆上。在智慧型变电站运行过程中发现汇聚节点设备受扰时，能够将该装置很方便的安装在汇聚节点线缆上。

本发明提供一种智慧型变电站汇聚节点抗干扰装置，仅适用于智慧型变电站无线物联网中的汇聚节点设备，并且该装置针对智慧型变电站内产生的空间瞬态电磁场和暂态地电位升耦合到汇聚节点通信线缆上的高频共模干扰信号。

一方面，本发明能够解决现有滤波装置只能滤除二次设备处的差模干扰信号，而不能对共模干扰信号进行抑制的问题；另一方面，本发明能解决现有技术中并没有针对抑制智慧型变电站瞬态空间电磁场和地电位升耦合到汇聚节点通信线缆上的瞬态共模干扰的装置的问题。

第一方面，该装置有三级滤波装置，屏蔽管作为本发明第一级抗干扰措施，能够初步减少智慧型变电站内瞬态空间电磁场与线缆的耦合作用；铁氧体磁环作为本发明第二级抗干扰措施，能够进一步滤除变电站内瞬态空间电磁场和暂态地电位升耦合在通信线缆上的瞬态共模干扰信号，能够吸收通信线缆上瞬态传导共模信号的能量；穿心电容滤波器作为本发明第三级抗干扰措施，安装在汇聚节点端口处，滤除经通信线缆传输到汇聚节点端口处瞬态共模干扰信号，并且可以延缓瞬态传导共模干扰信号的上升沿。

第二方面，该装置有三级滤波装置，并且三级滤波装置之间相互配合工作，既对智慧型变电站内产生的空间瞬态电磁场有抑制作用，又对线缆上的瞬态传导共模干扰有抑制作用。屏蔽管作为本发明第一级干扰措施，能够屏蔽一部分智慧型变电站内产生的空间瞬态电磁场，减少空间瞬态电磁场与屏蔽管内部线缆的耦合作用；铁氧体磁环作为本发明第二级干扰措施，能够进一步滤除和吸收空间瞬态电磁场和暂态地电位升耦合到通信线缆上瞬态共模传导干扰信号；穿心电容滤波器作为本发明第三级干扰措施，包含在汇聚节点端口内，最后一步滤除经通信线缆传输到汇聚节点端口处的瞬态共模传导干扰信号。另外，第二级抗干扰措施的铁氧体磁环和第三级抗干扰措施的穿心电容滤波器，两者的组合可以等效为一个LC型滤波电路，通过选取不用的参数，可以滤除和吸收特定频率的瞬态共模干扰信号。

本发明提供的智慧型变电站汇聚节点抗干扰装置，能够抑制现有智慧型变电站汇聚节点通信线缆与变电站内复杂瞬态空间电磁场和暂态地电位升耦合形成的干扰信号。采用三级抗干扰防护措施既可以减少空间电磁场对线缆的耦合作用，又可以滤除和吸收汇聚节点线缆上的瞬态传导共模干扰，而不影响无线通信设备之间的正常通信。并且三级防护之间相互配合工作。

不同电压等级和不同类型的智慧型变电站由开关操作产生强烈的瞬态空间电磁场和暂态地电位升具有衰减振荡特性，且这种衰减振荡波具有主振频率。该装置可以根据不同智慧型变电站的应用场景，灵活的选取不同参数的铁氧体磁环和穿心电容，从而有针对性地滤除和吸收不同类型智慧型变电站内由开关操作产生的不同主振频率的瞬态干扰，并且本发明具有一套铁氧体磁环和穿心电容的参数选取方法。

该装置不仅使用和现场安装方便，还能够抑制智慧型变电站汇聚节点通信线缆的瞬态共模干扰，使得智慧型变电站无线网络通信设备之间的数据传输更加准确、安全。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种智慧型变电站汇聚节点抗干扰装置，其特征在于，所述装置适用于智慧型变电站无线物联网中的汇聚节点设备，所述装置包括：通信线缆、铁氧体磁环和含穿心电容滤波器的汇聚节点端口；

所述含穿心电容滤波器的汇聚节点端口作为汇聚节点的信号接收端口通过通信线缆与汇聚节点前级通信设备的信号发送端口连接，所述通信线缆用于将汇聚节点前级通信设备发送的信息传输至汇聚节点；

所述汇聚节点端口中的穿心电容滤波器用于将智慧型变电站内空间瞬态电磁场和地电位升耦合到汇聚节点通信线缆上的高频共模干扰引入公共地，延缓瞬态传导共模干扰的上升沿；

所述铁氧体磁环套设在靠近汇聚节点一端的通信线缆上，所述铁氧体磁环用于滤除变电站内空间瞬态电磁场和暂态地电位升耦合到汇聚节点通信线缆上的传导共模干扰，并吸收线缆上的共模干扰的能量；

所述铁氧体磁环与所述汇聚节点端口中的穿心电容滤波器组成一个LC低通滤波电路，所述LC低通滤波电路用于滤除和吸收智慧型变电站中空间瞬态电磁场和暂态地电位升耦合到通信线缆上的特定频率的瞬态共模干扰信号。

2.根据权利要求1所述的智慧型变电站汇聚节点抗干扰装置，其特征在于，所述装置还包括：屏蔽管；

屏蔽管套设在铁氧体磁环和通信线缆上；

屏蔽管的一端的金属部分通过汇聚节点前级通信设备的信号发送端口与汇聚节点前级通信设备的金属外壳连接，屏蔽管的另一端的金属部分通过含穿心电容滤波器的汇聚节点端口与汇聚节点的金属外壳连接，汇聚节点前级通信设备和汇聚节点的金属外壳均接地；所述屏蔽管用于屏蔽一部分智慧型变电站内产生的空间瞬态电磁场，减少空间瞬态电磁场对线缆的耦合作用。

3.根据权利要求2所述的智慧型变电站汇聚节点抗干扰装置，其特征在于，当所述通信线缆为直导线类型的通信线缆时，屏蔽管为金属屏蔽管；

当所述通信线缆为弯曲通信线缆时，屏蔽管为波纹屏蔽管。

4.根据权利要求1所述的智慧型变电站汇聚节点抗干扰装置，其特征在于，所述穿心电容滤波器的电容值和铁氧体磁环的电感值的确定标准为：

所述LC低通滤波电路的截止频率

小于智慧型变电站内开关操作产生的衰减振荡波的主振频率；

其中，f为LC低通滤波电路的截止频率，L为铁氧体磁环的电感值，C为穿心电容滤波器的电容值。

5.根据权利要求1所述的智慧型变电站汇聚节点抗干扰装置，其特征在于，所述铁氧体磁环的数量为多个。

6.根据权利要求1所述的智慧型变电站汇聚节点抗干扰装置，其特征在于，所述含穿心电容滤波器的汇聚节点端口为RJ45端口。

7.根据权利要求6所述的智慧型变电站汇聚节点抗干扰装置，其特征在于，所述通信线缆为八芯的以太网线，以太网线的接头为RJ45接头；

八芯中的4根芯线为备用通信芯线；

八芯中备用通信芯线以外的4根通信芯线中的2根芯线作为传输数据的正负极，另外2根芯线作为接收数据的正负极。

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