单相智能电能表电磁兼容试验探讨.pdf

2 0 1 1年 l 0月 第 3 9卷 第 5期( 总第 2 1 6期) 吉 林 电 力 J i l i n E l e c t r i c P o we r oc t 2 01 1 Vo 1 3 9 No 5 ( S e r No 2 1 6 ) 单相智能电能表 电磁兼容试验探讨 Di s c u s s i on o n EM C Te s t f o r Sma r t Si n gl e ph a s e El e c t r i c En e r gy M e t e r 张 悦 ， 王鹤宇 ， 孙宏宇。 ， 孙长伟 ， 李丽利 ， 于 旭 ( 1 吉林省电力有限公司电力科学研 究院， 长春 1 3 0 0 2 1 ； 2 大唐长春第三热电厂， 长春 1 3 0 1 0 3 ； 3 长春供 电公 司， 长春1 3 0 0 2 1 ) 摘 要 ： 针对单相智 能电能表电磁兼容试验 项 目( 包括静 电放 电抗扰度试 验 、 快 速瞬变脉 冲群抗扰度试验 、 浪涌抗 扰度试验 等 5个试验项 目) ， 在试验基 础上 ， 对 涉及到 的标 准要求 和可能遇 到的问题进行 了探讨 ， 并 提出 了试验过 程中需要注意的事项 。 关键词 ： 单相智能 电能表 ； 电磁兼容试验 ； 标 准 中图分类号 ： T M9 3 3 4 文献标 志码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 9 5 3 0 6 ( 2 0 1 1 ) 0 5 0 0 0 5 0 3 高压变 电站在电力系统中处于重要 的地位， 需 要采用先进 的二次设备对一次 系统进 行保 护和监 控。而一次系统电压高 、 容量大， 反过来会对二次系 统产生强烈 的电磁干扰。二次系统 中大量采用了计 算机 、 电子及微 电子设备 、 半导体器件、 超大规模集 成电路等固体电路， 其抗干扰能力 比以往的电磁式 设备 明显减弱 ， 对暂态干扰具有 明显的敏感性和脆 弱性 ， 因此有必要对二次系统中的仪器仪表进行电 磁兼容性能测试。 1 电磁兼容性能测试项 目概述 1 1 单相智能电能表试验项 目 在对单相智能电能表做全性能试验和抽样验收 试验时要做 电磁兼容试验， 项 目包括静 电放电抗扰 度试验、 射频电磁场抗扰度试验、 浪涌抗扰度试验、 快速瞬变脉冲群抗扰度试验、 射频场感应的传导骚 扰抗扰度试验、 衰减震荡波 ( 阻尼震荡波) 抗扰度试 验、 无线电干扰抑制n 。 本文主要介绍单相智能电能表电磁兼容试验项 目中的静电放电抗扰度试验、 快速瞬变脉冲群抗扰 度试验、 浪涌抗扰度试验 、 射频场感应的传导骚扰抗 扰度试验 、 衰减震荡波( 阻尼震荡波) 抗扰度试验 。 1 2 电能表的试验等级 一 般电磁环境条件可以分为 5级l 2 一 】 ： 第 1级 ： 收 稿 日期 ： 2 0 1 1 0 6 2 7 作者简 介 ： 张悦 ( 1 9 8 1 一 ) ， 女 ， 硕 士， 从事 电能计量检测工作 。 具有 良好保 护的环境 ； 第 2级 ： 受保护的环境 ； 第 3 级 ： 典型的工业环境 ； 第 4级 ： 严酷的工业环境 ； 第 5 级 ： 需要加以分析的特殊环境试验。 根据电力系统现 场环境条件 ， 电能表工作于严酷的工业环境 ， 所以一 般选择的试验等级为 4级。 1 3 电能表 的抗扰度试验结果评价 电能 表 的抗 扰 度是 在 有 电磁 干 扰 的情 况 下 ， 器 件、 设备或系统运行功能不被劣化 的能力。 不被劣化 的含 义是保 持或具有 功能 ， 所 以有 4级抗扰 度评 估口 ： A级是在出现干扰时， 性能正常； B级是功能 或性能暂时降低或丧失， 但能够 自行恢复 ； C级是功 能或性能暂时降低或丧失 ， 但需要操作者干预或系 统复位 ； D级是因设备( 元件) 或软件损坏， 或数据丢 失而造成的不能 自行恢复至正常状态的功能降低或 丧 失 。 。 A、 B和 C级都在不同程度上保持或具有功能， D级则已无抗扰性 。不同的计量装置或执行的功能 重要性不同， 可以按不 同级别评估。 2 单 相 智 能 电 能 表 电 磁 兼 容 性 能 试 验 内容 静电放电抗扰度试验 ， 模拟来 自操作人员或邻 近物体的静 电放电， 检验被试设备对静电放电的抗 扰性 ； 浪涌抗扰度试验 ， 模拟雷击线路或构件以及高 5 2 0 1 1年 1 0月 第 3 9卷 第 5 期 ( 总第 2 1 6期) 吉 林 电 力 J i l i n El e c t r i c P o we r Oc t 2 01 1 Vo 1 3 9 No 5( S e r No 2 1 6 ) 压母线单相接地时的电力线路或互联线路上大能量 骚扰 ， 检验被试设备遭受此类骚扰时的抗扰性 ； 快速 瞬变脉 冲群抗扰度试验 ， 模拟 因开关操作在电网中 产生的快速瞬变脉冲群， 可检验被试设备的供 电端 口、 信号端 口和控制端 口在受到该类骚扰时的抗扰 性 ； 射频场感应的传导骚扰抗扰度试验， 模拟连线 中 由连续波电磁场感应的传导骚扰 ， 检验被试设备对 其的抗扰性 ； 衰减震荡波( 阻尼震荡波) 抗扰度试验 ， 模拟 由隔离刀闸操作时产生 的阻尼振荡磁场 的骚 扰， 验证被试设备在受其作用时的抗扰性 。 2 1 静 电放 电抗扰 度试 验l 6 静电放 电的方法有 4种： 直接放电， 接触放 电， 空气放电以及间接放电。 直接放电， 指直接对受试设 备实施放电； 接触放电， 指试验发生器的电极保持与 受试设备接触并由发生器内的放电开关激励放电的 一 种试验方法 ； 空气放电， 指将试验发生器的充电电 极靠近设备并 由火花对受试设备激励放电的一种试 验方法 ； 间接放电， 指对受试设备附近的耦合板实施 放 电， 以模拟人员对受试设备附近的物体的放电。 静 电放 电的试验等级如表 1所示 ， 其 中“ z ” 是 开放等级 ， 该等级必须在专用设备的规范 中加 以规 定 ， 如果规定了高于表格中的电压， 则可能需要专用 的试验设备 。 表 1 静电放电试验等级 单相智能电能表静电放 电工作条件分为 2种 ： 一 是当仪表为非工作条件下： 电压电路、 电流线路和 辅助线路不通电； 所有 电压端和辅助线路端连接在 一 起 ， 电流端开路 ； 静电放 电作用后 ， 仪表不出现损 坏或信息 的改变 ， 并仍满足相应标准规定的准确度 要求 。 二是当仪表在工作条件下 ： 电压和辅助线路加 参 比电压 ； 电流线路中无 电流， 电流端开路 ； 在静 电 放电的作用下， 计度器不产生大于z k W h 的变化， 测试输 出也不应产生大于z k W h 的信号量 ， 其 中 zmU I 1 0 ， m 是测试原件数量 ， 是参 比 电压 ， 是最 大 电流 。 单相智能电能表试验 中放电内容为接触放电和 R 。 空气放电。接触放电电压 8 k V， 放 电极性为正 、 负 极 ， 放电各 1 O次 ， 放电方式为导电表面或耦合板放 电； 空气放电电压 1 5 k V， 放电极性为正、 负极 ， 放电 各 1 0次， 放电方式为绝缘表面放电。 静电放电试验 中， 应注意以下 5个问题 ： 地面设 置接地参考平面， 厚度大于 0 2 5 mm面积大于 1 m。 的金属板与接地系统连接 ； 0 8 m 高的木桌置于接 地平板上 ， 桌面上放置水平耦合板， 耦合板各边与被 试设备 的距离大于 0 1 m； 用一个 0 5 mm厚 的绝 缘板将被式设备 与耦合板隔离 ； 试品要尽可能按实 际情况布置； 地线正确连接。 2 2 浪 涌抗扰 度试 验 7 单相智能电能表浪涌抗扰度试验 内容为： 电流 线路无电流 ， 电流端开路 ， 电压线路和辅助线路加参 比电压 ； 试验电压应施加在电压线路端间； 在浪涌的 作用下 ， 仪表不 出现损坏或信息的改变 ， 计度器不应 产生大于 k W h的变化 ， 测试输出也不产生大于 z k W h的信号量， 其中 z= = = mU I 1 0 一， m是 测试原件数 ， U 是参比电压 ， 是最大电流。试验 电压为 4 k V， 正、 负极各施加 5次， 重复速率最大为 1 次 mi n 。 在浪涌试验 中， 功能或性能有暂时的降低或失 去是容许的。 试验的过程中应注意 3 个问题 ： 如无特 殊规定 ， 受试设备与耦合去耦 网络之间的连线不应 超过 2 m； 浪涌试验方式为差模方式 ， 即试验 电压应 加在线对线之间； 考虑到电压一 电流转换特性的非线 性 ， 试验电压应逐步由低 电压升到规定的试验值。 2 3 快速 瞬变脉 冲群 抗扰 度试验 L 8 电感性负载的中断或继 电器 、 接触器的切合等， 使开关触点间隙的绝缘击穿或触点弹跳等原 因， 会 在断开点处产生暂态骚扰。这种暂态骚扰以脉冲群 形式出现 ， 如果电感性负载多次重复开关 ， 则脉冲群 又会以相应的时间间隔多次重复出现 。这种暂态骚 扰能量较小 ， 一般不大可能引起设备的损坏 ， 但由于 其频谱分布较宽 ， 会造成 电子设备的误动作 。 单相智能电能表快速瞬变脉冲群抗扰度试验内 容 ： 电流线路无 电流， 电流端开路， 电压线路和辅助 线路加参 比电压 ； 试验电压施加在电压线路和电流 线路与地之间； 在脉 冲群的作用 下，计度器不产生 大于 1 O倍 k W h的变化 ， 测试输 出也不产生大 于 1 0倍 z k W h的信号量 且仪表能够连续准确 地工作， 其 中 zmU I 1 0 ， m是测试原件数 ， 是参比电压 ， I m a x 是最大电流 。 试验电压为 4 k V， 正 、 负极性各 1 次 ， 试验时间为每一极性 1 mi n 。 2 0 1 1年 1 O月 第 3 9卷 第 5期( 总第 2 1 6 期) 吉 林 电 力 J i l i n El e c t r i c Po we r 0c t 2 0 1 1 Vo 1 3 9 No 5( S e r No 2 1 6 ) 快速瞬变脉 冲群抗扰度试 验中， 功能或性能有 暂时的降低或失去是容许的。试验 中应注意 6 个问 题 ： 接地参考平面尺寸至少为 1 m ， 其各边至少应 比受试设备超出 0 1 m， 接地参考平面同保护地相 连 ； 台式设备放在接地参考平面上方 0 8 m处 ， 落 地式设备与接地参考平 面间的绝缘 支座的厚度为 0 1 m； 受试设备应按正常安装要求放置和连接； 受 试设备应严格按照其技术规范接地 ， 不允许有额外 的接地 ； 应采用耦合装置来施加试验电压； 试验方式 为共模方式 ， 即试验电压应加在线对地之间。 2 4 射 频场 感应 的传导 骚扰 抗扰 度试 验r 9 单相智能电能表射频场感应的传导骚扰抗扰度 试验内容如下： 电流线路无电流 ， 电流端开路， 电压 线路 和辅助线路加参 比电压； 频率范围为l 5 0 k H z 到 8 0 MHz ； 电压水平为 1 O V； 试验时不使设备的状 况紊乱 ， 且误差的改变在相应标准规定的极限内。 射频场感应的传导骚扰抗扰度试验一般分为 2 个主要内容 ， 首先要对所用电磁兼容设备进行校准 ， 以保证试验的准确性和可靠性。校准时由主机输出 骚扰信号加在耦合去耦 网络上并形成 回路回到主 机 ， 耦合去耦网络两侧连接负载电阻 ， 并同时连接 6 d B( AT T6 ) 衰减器 ， 校准完成后才可以对 电能表进 行测试 。测试时将耦合去耦网络的一端与被试设备 连接 ， 另一端接交流 电源 ， 被试设备放在 0 1 m 厚 的绝缘垫上 。 试验所用设备是射频传导干扰模拟器 。 如果下次测试前保持上次试验时的同一环境条件 ， 可以不必重 复校准 ， 如果 有条件 改变 则必须重新 校准 。 2 5 衰减震荡波( 阻尼震荡波) 抗扰度试验 1 0 单相智能电能表衰减震荡波抗扰度试验 ( 又称 阻尼震荡波抗扰度试验) ， 其 内容如下 ： 电流线路无 电流， 电流端开路 ， 电压线路和辅助线路加参 比电 压； 共模方式试验 电压为 2 5 k V； 差模方式试验 电 压 为 1 0 k V； 1 0 k Hz频 率 下 试 验 重 复 速 率 为 4 0 Hz ； 1 MHz 频率下试验重复速率为 4 0 0 Hz ； 试验 时间为 6 0 s ( 对每种试验频率 以 2 s开、 2 s关， 进行 1 5个周期) ； 在试验时不使设备的状况紊乱 ， 且误差 的改变在相应标准规定的极限内。 衰减震荡波抗扰度试验 中， 功能或性能有暂时 的降低或失去是容许 的。 试验中应注意 5个问题 ： 接 地参考平面尺寸至少为 l m。 ， 其各边至少应 比受试 设备超出 0 1 m； 接地参考平面同保护地相连 ； 台式 设备放在接地参考平面上方 0 8 m处 ， 落地式设备 与接地参考平面间的绝缘支座 的厚度为 0 1 m； 试 验方式为共模方式和差模方式 2种， 即应加在线对 地或线对线之间 ， 在进行共模方式试验时 ， 如无特殊 规定 ， 试验电压要依次施加在每一根线与地之间； 受 试设备应严格按照其技术规 范接地， 不允许有额外 的接地 ； 应采用耦合装置来施加试验电压 。 3 结束语 随着智能电网不断发展 ， 智能电能表 的检测变 得越来越重要 。由于国家规范中针对智能 电能表电 磁兼容试验项 目没有提出具体要求 ， 需要参考电磁 兼容试验通用规范标准来完成此类试验。本文在研 究了相关电子式仪器设备的电磁兼容试验方法和标 准的基础上 ， 着重介绍 了本实验室对单相智能电能 表电磁兼容试验的经验 ， 并有针对性的提 出了试验 的注意事项。 参考文献 ： 1 Q G DW 3 6 4 -2 0 0 9 ， 单相智能电能表技术规范I- s O E z J G B T 1 7 2 1 5 3 2 2 - 2 0 0 8 ( I E C 6 2 0 5 3 2 2 ： 2 0 0 3 ) ， 交 流电 测 量 设 备 特殊 要 求 第 2 2部分 ： 静 止 式 有 功 电 能 表 ( o 2 S 级和 0 5 S级) E s 3 3 G B T 1 7 2 1 5 3 2 1 - 2 0 0 8 ( I E C6 2 0 5 3 2 1 ； 2 0 0 3 ) ， 静 止式 有 功电能表 ( 1级和 2 级 ) E s 3 4 3 G B T 1 7 6 2 6 1 一l 9 9 8 ( I E C 6 1 O 0 0 4 1 ： 1 9 9