载波衰减隔离器在电力线载波集抄系统中的应用研究

李荣幸 梁秋虹

（新开普电子股份有限公司，河南 郑州 45500000011）

1 同频干扰的定义和来源

新开普窄带电力线载波模块的中心频点为48kHz，带宽±2kHz。如果使用新开普载波模块的电网环境中存在频段在46～48kHz的干扰信号，且该干扰信号的幅值超过了载波模块正常接收信号的容限，该干扰信号就称为同频干扰。同频干扰的存在，将严重影响载波信号的发送和接收，表现在抄表层面，就是抄到率严重下降。

使用载波综合抄控器或其他频谱分析设备，在电网中进行测量，可以清晰地定位该故障现象，并可分析出干扰源的具体频点和幅值。然后通过工程排查，进一步找到干扰源—发出该干扰信号的设备。根据国家和行业的相关规定，这个干扰源的EMC肯定是超标的，是不允许生产、销售和使用的，最好的解决方法是拆除该干扰源。如果由于各种原因无法拆除，就要针对该设备的特点考虑加装隔离器，达到抑制或隔离干扰信号的目的，使有用的载波信号能够正常收发，提高抄到率。

2 载波衰减隔离器的理论分析

载波衰减隔离器理论上是一个多阶的LC低通滤波器。LC滤波器也称为无源滤波器，是传统的谐波补偿装置。LC滤波器之所以称为无源滤波器，顾名思义，就是该装置不需要额外提供电源［1］。LC滤波器一般是由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成，与谐波源并联，除起滤波作用外，还兼顾无功补偿的需要；LC滤波器按照功能分为LC低通滤波器、LC带通滤波器、高通滤波器、LC全通滤波器、LC带阻滤波器。

按调谐又分为单调谐滤波器、双调谐滤波器及三调谐滤波器等几种。LC滤波器设计流程主要考虑其谐振频率及电容器耐压和电抗器耐流。在电子线路中，电感线圈对交流有限流作用，由电感的感抗公式XL=2πfL可知，电感L越大，频率f越高，感抗就越大。因此电感线圈有通低频、阻高频的作用，这就是电感的滤波原理。由电容的容抗公式XC=1/2πfc可知，电容c越大，频率f越高，容抗就越小。因此电容有通高频、阻低频的作用，这就是电容的滤波原理。电感与电容组合，就形成了最常见的LC滤波电路［2］。各种隔离或衰减电路的原理实际是L、c元件基本特性的组合利用。因为电容器的容抗XC=1/2πfc会随信号频率升高而变小，而电感器的感抗XL=2πfL会随信号频率升高而增大，如果把电容、电感进行串联、并联或混联应用，它们组合的阻抗也会随信号频率不同而发生很大的变化。这表明，不同滤波电路会对某种频率信号呈现很小或很大的电抗，以致能让该频率信号顺利通过或阻碍它通过，从而起到选取某种频率信号和滤除某种频率信号的作用［3］。

以图1所示的滤波电路来说，当有信号从左至右传输时，L对低频信号阻碍小，对高频信号阻碍大；C则对低频信号衰减小，对高频信号衰减大。因此该滤波电路容易通过低频信号，称为低通滤波电路。其特点可用图2中的幅频特性曲线表示。

图1 LC滤波电路

图2 LC滤波电路幅频特性

3 载波衰减隔离器的应用设计

3.1 载波衰减隔离器的应用要求

载波衰减隔离器要求通过的是低频的交流220V/50Hz，需要滤掉或衰减的是高频干扰信号。考虑到电网的复杂环境，必须满足三点要求：一是能够对干扰信号有效隔离或抑制；二是不能对产生干扰源设备的正常工作造成影响；三是长期工作稳定可靠［4］。

3.2 载波衰减隔离器的原理分析

载波衰减隔离器的原理图，如图3所示，为3阶LC滤波电路。L2、C2、L6构成第一级，L3、C3、L7构成第二级，L4、C6、L8构成第三级。电感为470uH工字电感，骨架为0912，最大电流DC1A；电容为0.47uF/275V安规电容。

图3 S201003型隔离器原理图

根据公式XL=2πfL可计算单个电感在48kHz下的阻抗为：XL=2πfL=2*3.14*48kHz*470uH=141.677Ω；单个电容阻抗为 XC=1/2XL=2πfL=2*3.14*48kHz*0.47uF*10-1=6.803Ω；因此一级LC滤波电路对48kHz的衰减倍数约为2*XL/XC=2*141.677/6.803=41.65倍，三级LC滤波电路对48kHz的衰减倍数约为41.65*41.65*41.65=72251倍，约为97DB。同时可计算出该滤波电路对交流220V/50Hz几乎没有衰减。

由以上计算可知，S201003型隔离器对48kHz的干扰信号有高达97DB的衰减，而丝毫不影响交流供电，既满足了对干扰信号的抑制要求，又能够为设备提供持续的供电［5］。

4 载波衰减隔离器安全设计

4.1 过流保护

载波衰减隔离器为应对复杂的电网环境，在进线端设计有慢断型的保险管F1、F2，在被隔离设备出现短路过流故障时，可以有效地切断电源，防止事故扩大，减少损失。

4.2 雷击浪涌保护

载波衰减隔离器在进线端设计有压敏电阻RV1，在电网出现雷击浪涌强干扰时，能够将电压嵌位在安全范围内，同时电流变大，保险管动作断开，保护了自身和所隔离的设备。

4.3 外壳安全设计

载波衰减隔离器的外壳采用绝缘、阻燃、防紫外线的环保材料，并有足够的机械强度，体积小，安装方式可靠，安装位置灵活，能够长期工作在恶劣的环境中。

4.4 工作指示设计

载波衰减隔离器设计有红色工作指示灯D1，清晰指示工作状态。

5 载波衰减隔离器的接线示意

图4 接线示意

6 结语

根据本文设计出的载波衰减隔离器已经在多个电力线载波集抄现场应用，有效地抑制了同频干扰，提高了电力线载波通信的信道质量，抄到率达到国网标准的要求，长期工作稳定可靠，取得良好的经济和社会效益。

［1］王勇，卢中华.窄带LC带通滤波器的设计与实现［J］.舰船电子对抗，2011，34（4）：115-117.

［2］杨丽，马健，陈辉.波窄带带通滤波器的设计［J］.数字通信，2011，38（4）：85-87.

［3］王冬梅.窄带带通滤波器设计实例［J］.电子设计工程，2012，20（15）：113-114.

［4］秦曾煌.电工学［M］.北京：高等教育出版社，2009.

［5］吕仲瑜，孟力，李璐.低压电力线载波通信中的抗干扰问题［J］.电测与仪表，2003，40（6）：36-39.