[實(shí)用新型]一種適用于GIS本體式數(shù)字采集裝置的VFTO濾波器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320343302.X
• 申請(qǐng)日: 2013-06-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN203301439U
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮立民;王曉波;賈宏;劉忠戰(zhàn);張喜林;王佳穎;劉赫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)家電網(wǎng)公司;吉林省電力有限公司;吉林省電力有限公司電力科學(xué)研究院;吉林省電力科學(xué)研究院有限公司
• 主分類號(hào): H03H9/46
• 分類號(hào): H03H9/46
• 代理公司: 吉林長(zhǎng)春新紀(jì)元專利代理有限責(zé)任公司 22100
• 代理人: 魏征驥

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種適用于GIS本體式數(shù)字采集裝置的VFTO噪聲濾波器。

背景技術(shù)

氣體絕緣金屬封閉式開(kāi)關(guān)裝置GIS以其占地面積小、運(yùn)行穩(wěn)定和維護(hù)方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越多地用于電力系統(tǒng)、尤其是變電站建設(shè)中。隨著變電站智能化建設(shè)的推廣，一次設(shè)備智能化技術(shù)不斷突破傳統(tǒng)觀念，包括變壓器、斷路器、互感器、可控電抗和隔離開(kāi)關(guān)等在內(nèi)的一次設(shè)備，直接由設(shè)備制造商設(shè)計(jì)、制造數(shù)字接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和信息化。作為變電站保護(hù)和測(cè)控系統(tǒng)的核心設(shè)備，電子式互感器與電磁式互感器相比具有體積小、重量輕、頻帶寬、無(wú)鐵磁飽和等明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，更能適應(yīng)智能變電站一次設(shè)備智能化的需要，特別是GIS型和套管型電子式互感器能夠集成到GIS本體安裝，因此受到廣泛的應(yīng)用。

GIS中的隔離開(kāi)關(guān)DS在倒閘操作時(shí)，由于觸頭運(yùn)動(dòng)速度慢、大約1cm/s數(shù)量級(jí)，本身的滅弧性能差，觸頭間隙間會(huì)發(fā)生多次重燃，引起特快速暫態(tài)過(guò)電壓VFTO。這種過(guò)電壓具有截波特征，幅值高：可達(dá)2倍額定電壓、波頭陡：幾納秒到幾十納秒，產(chǎn)生的階躍電壓波會(huì)在GIS內(nèi)不斷地產(chǎn)生、來(lái)回地傳遞，并且發(fā)生復(fù)雜的折射，反射和疊加，最終暫態(tài)振蕩的頻率劇增，可高達(dá)數(shù)百兆赫茲。在GIS本體安裝的電子式互感器，由于安裝位置更加接近隔離開(kāi)關(guān)DS等操作元件，形成了典型的強(qiáng)弱電耦合結(jié)構(gòu)，其處于開(kāi)關(guān)場(chǎng)下的數(shù)字采集裝置由弱電器件構(gòu)成，因而經(jīng)常面臨致命的安全威脅。工程實(shí)踐證明，GIS刀閘帶電操作瞬間，會(huì)在電子式互感器數(shù)字采集裝置信號(hào)輸入端產(chǎn)生高達(dá)數(shù)十千伏的瞬態(tài)干擾電壓，經(jīng)常導(dǎo)致電路擊穿、死機(jī)、信號(hào)失效、保護(hù)誤動(dòng)等影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的現(xiàn)象發(fā)生。

在數(shù)字采集裝置中配置合理的濾波器能有效抑制VFTO所產(chǎn)生的傳導(dǎo)噪聲，減輕其對(duì)數(shù)字采集裝置的干擾。但是，濾波器的阻抗匹配程度、濾波元件寄生參數(shù)和空間近場(chǎng)耦合，能極大地減弱濾波器的效果。因此，研究一種能有效抑制VFTO噪聲的濾波器是成功實(shí)現(xiàn)電子式互感器GIS本體化的關(guān)鍵因素之一。

VFTO噪聲主要以共模電流及共模電壓形式對(duì)電子式互感器產(chǎn)生影響。因此，在已有的工程應(yīng)用中，如圖1（a）所示的共模EMI濾波器被廣泛用來(lái)濾除VFTO噪聲。但是實(shí)際效果并不理想，國(guó)內(nèi)以GIS為主的智能變電站建設(shè)實(shí)踐中，電路擊穿、死機(jī)、信號(hào)失效、保護(hù)誤動(dòng)等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

如圖1（a）所示，共模LC濾波器由對(duì)稱的兩臂組成，一臂為共模電感L₁末端并聯(lián)接地旁路電容C₁，另一臂為共模電感L₁’末端并聯(lián)接地旁路電容C₁’。其中，L₁和L₁’對(duì)稱繞制在一個(gè)磁芯上。考慮共模電感L₁、L₁’的線圈匝間寄生電容Cp和旁路電容C₁、C₁’的串聯(lián)寄生電感Les后，其等效電路如圖1（b）所示。

如圖1（b）中虛線框內(nèi)所示，對(duì)于共軛對(duì)稱繞制的共模電感L₁、L₁’來(lái)說(shuō)，其單匝線圈用內(nèi)在電阻Rs1、線圈之間的寄生電容與線圈磁芯之間的寄生電容之和Cp1和線圈的內(nèi)在電感Ls1并聯(lián)表示，另一組就用Rs1’、Cp1’和Ls1’并聯(lián)表示，兩組線圈通過(guò)共軛磁芯耦合；L₁、L₁’相當(dāng)于N個(gè)線圈串聯(lián)，在等效電路上就用N個(gè)虛線框內(nèi)所示電路級(jí)聯(lián)表示，這里N為自然數(shù)，根據(jù)實(shí)際需要取值。顯然，由于Cp1,Cp2,…,CpN的存在，電感的高頻性能會(huì)大幅下降，不能起到“阻波”作用。

同理，EMI濾波器中使用的旁路電容器C₁、C₁’，從制作工藝上來(lái)看是由兩個(gè)極板中間夾著介質(zhì)繞制而成的，因而是一個(gè)復(fù)雜的分布式傳輸線結(jié)構(gòu)，由于寄生串聯(lián)電感Les1和Les1’的存在，在高頻時(shí)會(huì)呈現(xiàn)電感的阻抗特性，不能起到旁路噪聲的作用。

圖1（b）中“VFTO噪聲流”和“信號(hào)流”路徑圖給出了VFTO噪聲和有用信號(hào)通過(guò)共模濾波器的流向。很明顯，由于濾波器中電感和電容元件的寄生參數(shù)的影響，導(dǎo)致有高頻噪聲會(huì)跨過(guò)濾波器耦合到后面的數(shù)字采集卡中，影響其正常工作。