FTU系統控制板共模浪涌（SURGE）干擾案例分析

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

　　案例描述：

　　某廠商在設計和生產FTU系統控制器時，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的EMC性能等級要求，但客戶在進行控制器整體EMC共模浪涌測試項目時，發(fā)現系統控制板存在復位重啟等工作異常情況。根據客戶反饋其在設計選型時，已結合系統參數選擇滿足對應EMC等級要求的隔離開關電源產品，理應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，針對客戶的設計情況，結合相關性能規(guī)范要求，進行整體電源設計方案分析和整改。

　　一、原因分析：

　　經溝通排除參數設定錯誤、人為誤判等情況，在客戶依據標準規(guī)范要求，針對電源回路進行共模浪涌4級測試時，存在浪涌干擾時控制板出現異?，F象，浪涌實驗結束時異常現象同步消失。這說明系統板確實受到共模浪涌干擾。

　　圖1 客戶FTU系統電源方案

　　上圖1為客戶的FTU系統電源方案。如果按照我司常規(guī)對EMC的測試操作規(guī)范的理解，電源回路打浪涌則應用時在前端AC-DC電源模塊端口進行，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。

　　進一步與客戶溝通，發(fā)現標準所表明的電源回路其實包括輸入、輸出兩部分，這與單個電源模塊進行電源輸入端的浪涌測試存在差異?？蛻艟褪窃贏C-DC電源輸出端進行浪涌四級測試時，才出現的異常狀況。

　　二、試驗驗證：

　　按照客戶電壓方案進行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，并且其各類耐壓只有1500VDC。雖然其沒有PE輸入端，但進行4KV的共模浪涌一定會對產品造成損傷，其共模干擾會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，將形成干擾路徑。經過實際模擬試驗也證實以上的干擾分析。

　　三、整改過程：

　　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，這因素是無法進行消除和改變;被干擾對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行優(yōu)化整改。

　　優(yōu)化措施1：在傳播路徑上進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壓敏電阻進行鉗位，且后端DC-DC又具備一定隔離能力，客戶整體實驗結果確認OK。但此類系統標準規(guī)范要求AC-DC的輸出端對其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b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行浪涌干擾抑制，同時將DC-DC電源模塊更換為隔離耐壓3000VDC的URF-R3系列，進一步提升干擾信號的抑制能力;在AC-DC輸出的直流電壓正負直接并聯20D470壓敏電阻，避免浪涌瞬間直流電壓波動影響;同時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題發(fā)生的根源——因系統標準與單電源模塊的規(guī)范要求有差異，針對配網自動化的浪涌測試包括AC-DC電源輸出回路。確認問題的起因之后，才能針對問題進行理論層面的猜測和實驗確認。

　　2.方案優(yōu)化：舊方案問題在于初步選擇器件規(guī)格時，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，且未進行浪涌防護。新方案整改時，需要全面了解客戶整體系統的相關要求，避免將浪涌問題轉移為耐壓問題，或靜電問題。