教你使用滤波器阻塞电源扰动对装置的干扰

　　电源滤波器是用于电子设备电源端口的低通滤波，通常具有衰减差模骚扰和衰减共模骚扰两种的功能。差模衰减性能由滤波器的传输特性所决定，只要选择得当，通常比较容易达到；共模衰减性能由滤波器的安装方式和接入设备的方式有关，对此常常出问题。

　　电源滤波器在变电站继电保护控制设备中得到广泛应用，但存在配置选择和安装不当影响其效能，并导致电源模件易受损坏使用寿命短的问题。如一套电子装置的使用年限应为10年，其中的部件要高于整组装置的使用年限。然而因电源模件易损坏，被限制使用年限仅为4年，这不能说与电源滤波器效能差不无关系。

　　能量大的干扰波在得不到滤波器的有效抑制时，直接入侵到电源模件，可导致电源模件的损坏；能量较小的干扰波在得不到滤波器的有效降缓时，虽不至于使电源模件损坏，但可通过电源输出端口侵入其它插件形成干扰，影响装置正常工作，甚至器件损害。

　　近时期，公司使用供货商提供的新批次芯片生产的保护装置CPU插件在调试中发生故障率高，且出现在直流电源操作之后。从而可见，除芯片自身有缺陷外，电源操作所产生的电磁骚扰也是一种触发条件。如果在电源入口端装设的滤波器是有效的，就能降低器件的故障率。

　　不难看出，保证电源滤波器在配置选型、安装接线方式上的正确性是确有必要。因此，对现行电源滤波器的合理配置和不正确安装方式的改进也就成为必需。就以上问题，提出本人如下的看法和建议，仅供领导参考。

　　1.直流电源滤波器的选直流电源滤波器的选直流电源滤波器的选直流电源滤波器的选用用用用    电源滤波器的主要性能指标是插入损耗，生产厂商所提供地参数是在50Ω的源和负载阻抗的测试环境下获得的，因为大多数射频测试设备采用50Ω的源、负载及电缆。用这种方法获得的滤波器性能参数是化的，只有当滤波器接入的源和负载的阻抗都是50Ω，才能获得如此好的效果。然而，变电站内的电子设备的电源大多是±220V（110V）直流电源都并接有大容量蓄电池，其阻抗很小；连接到电子设备逆变电源模件的特征阻抗大约在150Ω，当整流器在电源波形的尖峰附近导通时，相当于短路，而在其它时间，相当于开路，电源与负荷之间的阻抗变化差异较大。

　　目前国内广泛采用的单级电源线滤波器，其对源和负载的阻抗都很敏感。因为滤波器由电感和电容组成，也是一个谐振电路。当滤波器工作在电源与负荷阻抗不匹配的条件下时，很容易因谐振产生增益，而不是衰减。这种增益通常出现在150kHz-10MHz的频率范围内，幅度可以达到10 -20dB.因此，在源与负载不匹配的保护装置的电源输入回路中使用这类滤波电路，对骚扰源未必能起到好的隔离效果，可能会适得其反。这使我们直接联想到一个事实，在直流电源回路使用这种单极滤波器后，并未能使装置的电源插件得到安全保障，使之成为易受损坏器件之一。

　　如果选用两级或多级滤波器，可以使接入点内部保持在相对稳定的阻抗上，因此对负载及源的阻抗依赖不是很大，可以获得接近输入输出阻抗为50Ω的标称指标的性能。

　　近年来，公司选用内置滤波电路的直流电源插件后，较少再外接电源滤波器。从滤波电路的结构来看，是属于单极滤波器，仍存在上述问题。

　　近期，公司生产的保护装置采用供应商提供的新批次的芯片后，CPU插件故障率较高，对公司的产品质量和用户信誉产生不利影响。对此批芯片因缺陷产生的故障现象来看，大多都发生在电源操作和电源掉闸后。这是否可认为，电源操作产生的电磁骚扰突显了芯片的缺陷，在目前没有更好的芯片更换的前提下，能否改进电源滤波器的配置和安装方式，降缓电源操作对芯片的干扰，以提高装置的安全可靠性。比如，在内置电源滤波电路的基础上，另装配一只电源滤波器，构成两极滤波，消除阻抗不匹配的影响，保持良好的传输特性

　　2.滤波器的安装与接线

　　共模干扰的衰减主要决定于滤波器的安装方式和接入设备的接线方式，对此常出现问题。比如，在实际组屏装配中，滤波器的安装和接线存在3处不合理的地方，存在以下缺陷： 

　　滤波器的金属外壳是接地点，有屏蔽罩的作用，应与接地的屏柜金属结构件良好接触。但两者间有油漆相隔，甚至有意加绝缘隔离； 

　　滤波器安装在屏柜的上部，到屏柜底部的接地铜排的接地引线长达2米以上，对高频骚扰电流入    地通路中接进了高接地阻抗； 

　　输出线与输入连接线线没有分开，有的还是紧紧的扎在一起，输入端的高频骚扰源通过线间电容 耦合到输出回路。

　　由于以上不合理的选型和安装，使滤波器的效能降低，甚至丧失，致使电源模块成为装置运行中的易损件之一。 要保证滤波器有较好地抑制共模干扰的能力，在装配时需作以下改进： 

　　将滤波器的金属外壳和金属结构件良好接触，而不是仅靠接地引线接地，可消除接地引线增加接地阻抗的影响；

　　将滤波器安装在电缆进入屏柜的入口处附近，避免了滤波器的输入端的进线电源电缆与屏柜内的接线混杂在一起，可防止"脏线"（未经滤波）通过线间电容将干扰耦合进装置； 

　　将滤波器的输出线与输入连接线分开，避免极间耦合干扰。

　　3.正确应用滤波器弥补芯片缺陷的尝试

　　鉴于近期生产的保护装置CPU插件因供货商提供的新批次芯片有质量问题，有的装置在调试过程中因电源操作而使SRAM芯片已损坏，可认为由电源骚扰所引发的干扰所至。为避免到现场出故障售后服务工作量大，公司库存数百面保护柜尽量不发往工程现场，等待更换高质量芯片。与其"坐等芯片",不如主动寻求补救措施。既然与电源扰动有关，不妨在现有基础上尝试改进电源滤波器，增强装置抗干扰能力，可通过对不同电源滤波器用法所得到的效果作对比试验。

　　从采用新批次芯片生产的故障率高的CPU插件组装的装置组屏中选2面具代表性的保护柜，一面保持原有接线方式；另一面柜按上节要求加装一只电源滤波器，与装置内置滤波电路构成两级滤波。

　　首先将加装电源滤波器的柜加上直流电源，待装置进入正常工作状态后，再进行反复多次直流电源断电→合闸操作（模拟装置在调试中因电源操作出现故障现象），由于受到两级滤波器的保护，装置插件不会出现异常现象。然后将被试装置中的CPU插件取出，插入另一面未加装电源滤波器的屏柜的装置中，再重复以上的直流电源断电→合闸操作。如果遇到了有缺陷的芯片，就会出现"自检异常"告警，说明加装电源滤波器有效果；如果置将显示正常，说明插件上的芯片是较好的芯片。为扩大验证效果，可更换新插件尽量多的重复上述试验也无妨，因这种试验不会对装置带来伤害。此试验也可在其它试验场所进行。

　　为可靠起见，在直流电源侧装设一个稍大些的感性负载（>2A）进行通→断操作（模拟现场断路器操作的电源骚扰），此电源骚扰对装置产生的干扰如能承受，则该装置可用于现场运行。

　　4.屏柜接线带滤波器的交流耐压试验

　　如果试验证明正确地应用电源滤波器可有效地提高装置的抗干扰能力，如在以后的组屏中将滤波器外壳与屏柜直接连通。屏柜装配完成后，要对屏内接线进行2000kV交流耐压试验，电源滤波器也是需要通过不低于2000kV交流耐压试验的。因此，在进行屏柜接线交流耐压时，连带滤波器一同耐压也是必需的。在带滤波器耐压时，一定要重新设置耐压试验设备的跳闸电流值。现在不带滤波器耐压的跳闸电流设置为5mA;带滤波器耐压时，要考虑滤波器的对地电容电流值。如一般滤波器的共模滤波电容为2×5000pF,在2000kV工频耐压时的电容电流约为6.3mA.根据以前实测屏柜接线的对地电容约为5000 pF,由此产生的对地电流在3mA左右，因此，耐压试验设备的跳闸电流设定为5mA 显然小于正常电流，需要提高一档，也要设定到10mA档级以上。否则，在5mA一档带滤波器耐压时，由于电容电流大，可造成耐压设备在无击穿故障情形下跳闸。

　　5.小结

　　（1） 电源滤波器要起到应有的作用，必须选配和安装方式正确。采用双级滤波器，克服阻抗匹配的影响；改进安装方式，做到无引线接地，避免增大较高的附加接地阻抗；选择合适的安装位置，消除滤波器输入、输出级间耦合的影响。

　　（2） 采用有缺陷的新批次芯片生产的装置在调试中因电源操作而出现异常，与电源扰动产生电磁干扰有密切关系。要提高装置的安全可靠性，保证装置的正常运行，可合理选用滤波器，且采用正确的安装方式，阻塞电磁骚扰对装置的干扰。

　　（3） 将加装滤波器的改进屏柜与未经改进的原屏柜装在同一电源（带一定感性负荷），进行多次电源开合操作，模拟电源扰动做抗干扰对比试验，验证改进屏柜的实际效果。如试验结果显示改进屏柜明显比原有屏柜要好，就可推广应用。

　　（4） 当屏跪上装有电源滤波器后，带滤波器进行工品耐压时，由于受电容电流的影响，需要将跳闸动作电流提高到10mA.

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