FTU系統控制板共模浪涌（SURGE）干擾案例分析

　　配網(wǎng)自動(dòng)化是國家智能電網(wǎng)建設的重要工作內容之一，在國家電網(wǎng)“統一規劃、統一標準、統一建設”的工作指導原則下，各類(lèi)參與國家電網(wǎng)公司管轄下配電自動(dòng)化建設的公司，在研制和生產(chǎn)配網(wǎng)終端設備(FTU/DTU)時(shí)，需要符合國家電網(wǎng)企業(yè)標準Q/GDW382-2009 《配網(wǎng)自動(dòng)化終端及子站規范》對終端設備的應用功能、性能指標、系統配置及各類(lèi)接口的規范要求。

　　案例描述：

　　某廠(chǎng)商在設計和生產(chǎn)FTU系統控制器時(shí)，選用具有蓄電池充電功能的AC-DC電源模塊，以滿(mǎn)足FTU由市電220VAC和后備電源供電的要求。該電源模塊本身已符合相關(guān)的EMC性能等級要求，但客戶(hù)在進(jìn)行控制器整體EMC共模浪涌測試項目時(shí)，發(fā)現系統控制板存在復位重啟等工作異常情況。根據客戶(hù)反饋其在設計選型時(shí)，已結合系統參數選擇滿(mǎn)足對應EMC等級要求的隔離開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品，理應不存在此類(lèi)工作異常情況。這容易誤以為是電源模塊問(wèn)題。

　　為此，針對客戶(hù)的設計情況，結合相關(guān)性能規范要求，進(jìn)行整體電源設計方案分析和整改。

　　一、原因分析：

　　經(jīng)溝通排除參數設定錯誤、人為誤判等情況，在客戶(hù)依據標準規范要求，針對電源回路進(jìn)行共模浪涌4級測試時(shí)，存在浪涌干擾時(shí)控制板出現異?，F象，浪涌實(shí)驗結束時(shí)異?，F象同步消失。這說(shuō)明系統板確實(shí)受到共模浪涌干擾。

　　圖1 客戶(hù)FTU系統電源方案

　　上圖1為客戶(hù)的FTU系統電源方案。如果按照我司常規對EMC的測試操作規范的理解，電源回路打浪涌則應用時(shí)在前端AC-DC電源模塊端口進(jìn)行，共模浪涌干擾的路徑存在于L/N到PE的閉環(huán)路徑上。

　　路徑1：AC-DC內部L/N直接到PE;

　　路徑2：通過(guò)L/N、AC-DC輸出端、Y電容連到PE;

　　路徑3：通過(guò)L/N、AC-DC輸出端、DC-DC模塊、控制板空間耦合到PE。

　　既然控制板受到影響，那么一定是通過(guò)路徑3造成的影響。但AC-DC模塊的耐壓隔離分別為3000VAC和1500VDC，加上控制板與PE只能通過(guò)空間耦合，因此該問(wèn)題明顯無(wú)法直接判定根本原因。

　　進(jìn)一步與客戶(hù)溝通，發(fā)現標準所表明的電源回路其實(shí)包括輸入、輸出兩部分，這與單個(gè)電源模塊進(jìn)行電源輸入端的浪涌測試存在差異?？蛻?hù)就是在A(yíng)C-DC電源輸出端進(jìn)行浪涌四級測試時(shí)，才出現的異常狀況。

　　二、試驗驗證：

　　按照客戶(hù)電壓方案進(jìn)行AC-DC電源輸出端浪涌測試，則等同于DC-DC電源輸入端浪涌測試。因為VRB-R3系列電源裸機是不具備相應的抗浪涌能力，并且其各類(lèi)耐壓只有1500VDC。雖然其沒(méi)有PE輸入端，但進(jìn)行4KV的共模浪涌一定會(huì )對產(chǎn)品造成損傷，其共模干擾會(huì )直接對后端的控制板造成影響;尤其是當控制板與箱體的距離很近時(shí)，將形成干擾路徑。經(jīng)過(guò)實(shí)際模擬試驗也證實(shí)以上的干擾分析。

　　三、整改過(guò)程：

　　結合干擾三要素(干擾源、傳播路徑、被干擾對象)，干擾源即為符合標準要求的共模浪涌4級，這因素是無(wú)法進(jìn)行消除和改變;被干擾對象是其控制電路無(wú)法直接參與修改;因此只能通過(guò)傳播路徑進(jìn)行優(yōu)化整改。

　　優(yōu)化措施1：在傳播路徑上進(jìn)行干擾信號旁路處理

　　如圖1所示，若直接將Y電容更換為20D470K壓敏電阻進(jìn)行鉗位，且后端DC-DC又具備一定隔離能力，客戶(hù)整體實(shí)驗結果確認OK。但此類(lèi)系統標準規范要求AC-DC的輸出端對其PE端滿(mǎn)足2.5KVAC的隔離耐壓。而殘壓低的熱敏電阻無(wú)法滿(mǎn)足該耐壓要求，因此該優(yōu)化措施不可行?？蛻?hù)需針對遙信端口打靜電，在確保耐壓測試的漏電流不超標情況下，也需要保留這Y電容。

　　優(yōu)化措施2：在傳播路徑上進(jìn)行信號抑制處理

　　如下圖2所示，添加FS-A01D即為在重播路徑上進(jìn)行浪涌干擾抑制，同時(shí)將DC-DC電源模塊更換為隔離耐壓3000VDC的URF-R3系列，進(jìn)一步提升干擾信號的抑制能力;在A(yíng)C-DC輸出的直流電壓正負直接并聯(lián)20D470壓敏電阻，避免浪涌瞬間直流電壓波動(dòng)影響;同時(shí)建議客戶(hù)排查其控制板是否存在外接的線(xiàn)路與外殼太近，需用用膠帶固定避免安裝時(shí)貼近外殼。

　　圖2 優(yōu)化整改的FTU系統電源方案

　　四、總結：

　　1.分析方法：首先需要精準的定位問(wèn)題發(fā)生的根源——因系統標準與單電源模塊的規范要求有差異，針對配網(wǎng)自動(dòng)化的浪涌測試包括AC-DC電源輸出回路。確認問(wèn)題的起因之后，才能針對問(wèn)題進(jìn)行理論層面的猜測和實(shí)驗確認。

　　2.方案優(yōu)化：舊方案問(wèn)題在于初步選擇器件規格時(shí)，同樣忽略了標準的差異，使得后端DC-DC模塊隔離抑制能力不足，且未進(jìn)行浪涌防護。新方案整改時(shí)，需要全面了解客戶(hù)整體系統的相關(guān)要求，避免將浪涌問(wèn)題轉移為耐壓?jiǎn)?wèn)題，或靜電問(wèn)題。