FTU系統(tǒng)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(shè)的重要工作內(nèi)容之一，在國家電網(wǎng)“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一建設(shè)”的工作指導(dǎo)原則下，各類參與國家電網(wǎng)公司管轄下配電自動(dòng)化建設(shè)的公司，在研制和生產(chǎn)配網(wǎng)終端設(shè)備(FTU/DTU)時(shí)，需要符合國家電網(wǎng)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW382-2009 《配網(wǎng)自動(dòng)化終端及子站規(guī)范》對(duì)終端設(shè)備的應(yīng)用功能、性能指標(biāo)、系統(tǒng)配置及各類接口的規(guī)范要求。

　　案例描述：

　　某廠商在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)FTU系統(tǒng)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(jí)要求，但客戶在進(jìn)行控制器整體EMC共模浪涌測(cè)試項(xiàng)目時(shí)，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)控制板存在復(fù)位重啟等工作異常情況。根據(jù)客戶反饋其在設(shè)計(jì)選型時(shí)，已結(jié)合系統(tǒng)參數(shù)選擇滿足對(duì)應(yīng)EMC等級(jí)要求的隔離開關(guān)電源產(chǎn)品，理應(yīng)不存在此類工作異常情況。這容易誤以為是電源模塊問題。

　　為此，針對(duì)客戶的設(shè)計(jì)情況，結(jié)合相關(guān)性能規(guī)范要求，進(jìn)行整體電源設(shè)計(jì)方案分析和整改。

　　一、原因分析：

　　經(jīng)溝通排除參數(shù)設(shè)定錯(cuò)誤、人為誤判等情況，在客戶依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，針對(duì)電源回路進(jìn)行共模浪涌4級(jí)測(cè)試時(shí)，存在浪涌干擾時(shí)控制板出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，浪涌實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)異?，F(xiàn)象同步消失。這說明系統(tǒng)板確實(shí)受到共模浪涌干擾。

　　圖1 客戶FTU系統(tǒng)電源方案

　　上圖1為客戶的FTU系統(tǒng)電源方案。如果按照我司常規(guī)對(duì)EMC的測(cè)試操作規(guī)范的理解，電源回路打浪涌則應(yīng)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(nèi)部L/N直接到PE;

　　路徑2：通過L/N、AC-DC輸出端、Y電容連到PE;

　　路徑3：通過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只能通過空間耦合，因此該問題明顯無法直接判定根本原因。

　　進(jìn)一步與客戶溝通，發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)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(cè)試存在差異?？蛻艟褪窃贏C-DC電源輸出端進(jìn)行浪涌四級(jí)測(cè)試時(shí)，才出現(xiàn)的異常狀況。

　　二、試驗(yàn)驗(yàn)證：

　　按照客戶電壓方案進(jìn)行AC-DC電源輸出端浪涌測(cè)試，則等同于DC-DC電源輸入端浪涌測(cè)試。因?yàn)閂RB-R3系列電源裸機(jī)是不具備相應(yīng)的抗浪涌能力，并且其各類耐壓只有1500VDC。雖然其沒有PE輸入端，但進(jìn)行4KV的共模浪涌一定會(huì)對(duì)產(chǎn)品造成損傷，其共模干擾會(huì)直接對(duì)后端的控制板造成影響;尤其是當(dāng)控制板與箱體的距離很近時(shí)，將形成干擾路徑。經(jīng)過實(shí)際模擬試驗(yàn)也證實(shí)以上的干擾分析。

　　三、整改過程：

　　結(jié)合干擾三要素(干擾源、傳播路徑、被干擾對(duì)象)，干擾源即為符合標(biāo)準(zhǔn)要求的共模浪涌4級(jí)，這因素是無法進(jìn)行消除和改變;被干擾對(duì)象是其控制電路無法直接參與修改;因此只能通過傳播路徑進(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(hào)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，客戶整體實(shí)驗(yàn)結(jié)果確認(rèn)OK。但此類系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求AC-DC的輸出端對(duì)其PE端滿足2.5KVAC的隔離耐壓。而殘壓低的熱敏電阻無法滿足該耐壓要求，因此該優(yōu)化措施不可行?？蛻粜栳槍?duì)遙信端口打靜電，在確保耐壓測(cè)試的漏電流不超標(biāo)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(hào)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(hào)的抑制能力;在AC-DC輸出的直流電壓正負(fù)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)建議客戶排查其控制板是否存在外接的線路與外殼太近，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(tǒng)電源方案

　　四、總結(jié)：

　　1.分析方法：首先需要精準(zhǔn)的定位問題發(fā)生的根源——因系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)與單電源模塊的規(guī)范要求有差異，針對(duì)配網(wǎng)自動(dòng)化的浪涌測(cè)試包括AC-DC電源輸出回路。確認(rèn)問題的起因之后，才能針對(duì)問題進(jìn)行理論層面的猜測(cè)和實(shí)驗(yàn)確認(rèn)。

　　2.方案優(yōu)化：舊方案問題在于初步選擇器件規(guī)格時(shí)，同樣忽略了標(biāo)準(zhǔn)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(hù)。新方案整改時(shí)，需要全面了解客戶整體系統(tǒng)的相關(guān)要求，避免將浪涌問題轉(zhuǎn)移為耐壓?jiǎn)栴}，或靜電問題。