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CN110429565A - 一种电容分压式电子式电压互感器的防护电路 - Google Patents

一种电容分压式电子式电压互感器的防护电路 Download PDF

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CN110429565A
CN110429565A CN201910773888.5A CN201910773888A CN110429565A CN 110429565 A CN110429565 A CN 110429565A CN 201910773888 A CN201910773888 A CN 201910773888A CN 110429565 A CN110429565 A CN 110429565A
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盛德刚
曹俊岭
戚庆
陈军
许飞宇
张官勇
蔡晶晶
王维
赵崇峰
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Nanjing Daqo Automation Technology Co Ltd
Nanjing Daqo Electrical Institute Co Ltd
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Nanjing Daqo Automation Technology Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种电容分压式电子式电压互感器的防护电路，包括第一级防护回路和第二级防护回路，第一级防护回路与第二级防护回路之间设有共模扼流圈；第一级防护电路包括压敏电阻和气体放电管，压敏电阻与气体放电管串联后并联在中压电容器两端，在中压电容器两端并联第一电阻；第二级防护回路包括共模防护电路、差模防护电路和低通滤波电路，共模防护电路、差模防护电路和低通滤波电路分别与共模扼流圈输出端的两端相连，低通滤波电路连接有放大器，放大器的输出端连接信号调理电路。本发明的防护电路能够改善电容式电压互感器的暂态性能，并避免后续信号调理电路免受共模电压的影响。

Description

一种电容分压式电子式电压互感器的防护电路
技术领域
本发明涉及智能化变电站技术领域，尤其涉及一种电容分压式电子式电压互感器的防护电路。
背景技术
电容分压器安装于高压一次设备本体。高压开关设备在操作时，触头间隙会产生强烈的电弧现象。间隙燃弧是一个非常复杂的电物理过程，频带宽、能力强、形态多样且不稳定。这样超高频电磁波在自由空间或形状各异的腔体内传播、反射等，产生高频、高压的电磁干扰，对电容分压器信号采集和处理造成严重的干扰和影响。因此在信号端口要有防护、滤波等处理措施。
在电容分压式电子式电压互感器信号采集防护电路中，目前通用的设计方案是：(1)与中压电容器并联压敏电阻或者瞬变电压抑制二极管(简称TVS)作为信号端口防护措施；(2)采用微型电压互感器作为电容分压器和信号采集系统之间的电气隔离器件；(3)在隔离器件之后，直接用通用运算放大器搭建信号调理电路。
上述电路分别存在如下对应弊端：(1)压敏电阻或瞬变二极管器件的结电容较大，一般在几百到几千pF的数量级范围，直接与中压电容器并联会影响信号测量精度，增加漏电流；(2)微型电压互感器包含铁芯，抑制高次谐波分量，并引入了高达数弧度数量级的相位差；(3)微型电压互感器不能抑制或抵消共模电压，通用运算放大器工作在较高共模电压情况下会损坏器件。
发明内容
本发明提供一种电容分压式电子式电压互感器的防护电路，能够改善电容式电压互感器的暂态性能，并避免后续信号调理电路免受共模电压的影响。
本发明的具体内容如下：一种电容分压式电子式电压互感器的防护电路，包括第一级防护回路和第二级防护回路，所述第一级防护回路与第二级防护回路之间设有共模扼流圈；
所述第一级防护电路包括压敏电阻和气体放电管，所述压敏电阻与气体放电管串联后并联在中压电容器两端，所述中压电容器两端并联第一电阻；
所述第二级防护回路包括共模防护电路、差模防护电路和低通滤波电路，所述共模防护电路、差模防护电路和低通滤波电路分别与共模扼流圈输出端的两端相连，
所述低通滤波电路连接有放大器，放大器的输出端连接信号调理电路。
进一步的，所述共模防护电路包括第一瞬变二极管和第二瞬变二极管，所述第一瞬变二极管和第二瞬变二极管分别连接共模扼流圈的两端并接地。
进一步的，所述差模防护电路包括第三瞬变二极管，所述第三瞬变二极管的两端分别与共模扼流圈的输出端两端相连。
进一步的，所述低通滤波电路包括第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容和第三电容，第二电阻、第二电容及第三电阻、第三电容分别构成共模低通滤波电路，第二电阻、第三电阻及第一电容构成差模低通滤波电路。
进一步的，所述第二电阻设置在共模扼流圈与第一电容之间，第二电容一端设置在第二电阻与第一电容之间，另一端接地；所述第三电阻设置在共模扼流圈与第一电容之间，第三电容一端设置在第三电阻与第一电容之间，另一端接地。
进一步的，防护电路安装在电压互感器信号采集回路的端口处。
进一步的，电容分压器上引出高压端子、中压端子和接地端子，中压端子和接地端子设置在中压电容器上，第一级防护回路设置在中压电容器两端。
本发明的有益效果：采用这样的结构后，满足在严重电磁干扰环境下精确测量电容分压信号的要求，不影响信号源(即分压电容)的精度，改善电容式电压互感器的暂态性能，并避免后续信号调理电路免受共模电压的影响。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步阐明。
图1为本发明的电容分压式电子式电压互感器的防护电路的示意图。
具体实施方式
结合图1，本实施例公开了一种电容分压式电子式电压互感器的防护电路，该防护电路安装在电压互感器信号采集回路的端口处。电容分压器引出高压端子、中压端子和接地端子，中压端子和接地端子设置在中压电容器CL上，第一级防护回路安装在中压电容器CL的两端。
包括第一级防护回路和第二级防护回路，第一级防护回路和第二级防护回路之间通过共模扼流圈L连接。共模扼流圈L将共模干扰隔离在电容分压器与信号处理电路的两端，切断两者之间共模干扰传输通道。随着共模干扰频率的增加，共模扼流圈L的感抗线性增加，相当于增加了共模干扰传输路径的阻抗，起到了隔离的作用，同时实现了前后两级防护器件的级联作用。
其中，第一级防护回路包括压敏电阻MOV和气体放电管GDT，压敏电阻MOV与气体放电管GDT相串联后并联在中压电容器CL两端，在中压电容器CL两端并联第一电阻R1，第一电阻R1两端分别连接共模扼流圈L的两个输入端，具体的，共模扼流圈L的两个输入端还分别连接中压端子和接地端子。
压敏电阻MOV的结电容较大，一般在几到十几nF数量级上。压敏电阻MOV直接并联在中压电容器CL侧相当于直接将其结电容值叠加到中压电容器CL值上，对电容分压器的精度造成影响。而气体放电管GDT的结电容非常小，一般在一两个pF的数量级范围内。将MOV和GDT串联后的整体结电容即为GDT的数值，不会影响分压电容器的精度。由于中压电容器CL的分压在几伏的数量级，故一般情况下第一级防护器件的箝位电压在几十伏数量级。
对中压电容器CL并联的第一电阻R1恰当选型可以显著改善电容式电压互感器的暂态性能。当线路出现断路或者短路故障，回路电压发生突变时，存储在电容分压器的容量通过并联的第一电阻R1得到释放，从而实现对线路电压变化的快速响应和跟踪测量，满足电压互感器的暂态特性要求。
第二级防护回路包括第一瞬变二极管TVS1、第二瞬变二极管TVS2、第三瞬变二极管TVS3、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和高共模电压差动放大器D1。
共模防护电路包括第一瞬变二极管TVS1和第二瞬变二极管TVS2，其结构是第一瞬变二极管TVS1的一端连接共模扼流圈L输出端的一个，第一瞬变二极管TVS1的另一端接地；第二瞬变二极管TVS2一端连接共模扼流圈L输出端的另一个，第二瞬变二极管TVS2的另一端接地。
差模防护电路包括第三瞬变二极管TVS3，具体的结构是第三瞬变二极管TVS3的两端分别与共模扼流圈L的输出端两端相连，并且第一瞬变二极管TVS1和第二瞬变二极管TVS2均设置在共模扼流圈L与第三瞬变二极管TVS3之间。
第一瞬变二极管TVS1、第二瞬变二极管TVS2实现信号线的共模防护，而第三瞬变二极管TVS3实现差模防护功能。一般情况下后续差动放大器D1的电源电压在十几伏数量级，因而TVS管子的箝位电压也取十几伏，并低于差动放大器D1的电源电压。
低通RC滤波电路包括第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3，其中，第二电阻、第二电容及第三电阻、第三电容分别构成共模低通滤波电路，第二电阻、第三电阻及第一电容构成差模低通滤波电路。
具体的，第二电阻R2设置在共模扼流圈L与第一电容C1之间，第二电容C2一端设置在第二电阻R2与第一电容C1之间，另一端接地；第三电阻R3设置在共模扼流圈L与第一电容C1之间，第三电容C3一端设置在第三电阻R3与第一电容C1之间，另一端接地。并且第三瞬变二极管TVS3、第二电阻R2、第一电容C1和第三电阻R3还组成回路。
高共模电压差动放大器D1之前和L之后间的低通RC滤波器，主要实现两个功能：(1)高共模电压差动放大器D1在一定的频段内对共模干扰有较强的抑制功能，因而在D1之前需要对信号进行适当的带宽限制(2)共模扼流圈L本身就是一种电感器件，需要电容的配合，构成LC滤波电路才能达到更好的滤波效果。第二电阻R2和第三电阻R3插在共模扼流圈L和第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3之间，抑制LC谐振现象的发生。
高共模电压差动放大器D1为四电阻经典差动放大器，可以在较高共模电压、较宽频率范围内拥有出色的共模抑制比，可以对差分输入信号进行精确测量，并对输入提供共模或差模过电压保护，提高后续信号调理电路的工作可靠性。
本实施例包括两级防护回路，两级防护回路通过共模扼流圈L串联起来；在中压电容器CL侧并联电阻R1，改善电容式电压互感器的暂态性能；高共模电压的差动放大器D1保护后续的信号调理电路避免损坏器件。本实施例的电容分压式电子式电压互感器信号防护电路，满足在严重电磁干扰环境下精确测量电容分压信号的要求，不影响信号源(即分压电容)的精度，改善电容式电压互感器的暂态性能，并避免后续信号调理电路免受共模电压的影响。
在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种电容分压式电子式电压互感器的防护电路，其特征在于：包括第一级防护回路和第二级防护回路，所述第一级防护回路与第二级防护回路之间设有共模扼流圈；
所述第一级防护电路包括压敏电阻和气体放电管，所述压敏电阻与气体放电管串联后并联在中压电容器两端，所述中压电容器两端还并联第一电阻；
所述第二级防护回路包括共模防护电路、差模防护电路和低通滤波电路，所述共模防护电路、差模防护电路和低通滤波电路分别与共模扼流圈输出端的两端相连，
所述低通滤波电路连接有放大器，放大器的输出端连接信号调理电路。
2.根据权利要求1所述的电容分压式电子式电压互感器的防护电路，其特征在于：所述共模防护电路包括第一瞬变二极管和第二瞬变二极管，所述第一瞬变二极管和第二瞬变二极管分别连接共模扼流圈的两端并接地。
3.根据权利要求1所述的电容分压式电子式电压互感器的防护电路，其特征在于：所述差模防护电路包括第三瞬变二极管，所述第三瞬变二极管的两端分别与共模扼流圈的输出端两端相连。
4.根据权利要求3所述的电容分压式电子式电压互感器的防护电路，其特征在于：所述低通滤波电路包括第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容和第三电容，第二电阻、第二电容及第三电阻、第三电容分别构成共模低通滤波电路，第二电阻、第三电阻及第一电容构成差模低通滤波电路。
5.根据权利要求4所述的电容分压式电子式电压互感器的防护电路，其特征在于：所述第二电阻设置在共模扼流圈与第一电容之间，第二电容一端设置在第二电阻与第一电容之间，另一端接地；所述第三电阻设置在共模扼流圈与第一电容之间，第三电容一端设置在第三电阻与第一电容之间，另一端接地。
6.根据权利要求1所述的电容分压式电子式电压互感器的防护电路，其特征在于：防护电路安装在电压互感器信号采集回路的端口处。
7.根据权利要求1所述的电容分压式电子式电压互感器的防护电路，其特征在于：电容分压器上引出高压端子、中压端子和接地端子，中压端子和接地端子设置在中压电容器上，第一级防护回路设置在中压电容器两端。
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