负控试验方法讲义

1 电力负荷管理系统试验方法电力负荷管理系统试验方法 讲义讲义 概述概述 技术条件里共涉及到二十个检验项目 着重讲一下电磁兼容性测试和安全性能测 试的试验方法 以及在产品设计时需要注意的一些地方 一 试验条件 试验环境温度 15 35 相对湿度 25 75 对静电放电抗扰度测试 环境相对湿度有特别要求 30 60 大家都知道 冬 天气候干燥 人的身体就容易产生静电 同样 环境相对湿度也会影响静电放电的测 试结果 因此 技术条件依据国标对该项测试的环境条件做了特殊规定 二 试验顺序 试验顺序原则 先进行不会造成终端损坏的试验项目 再进行有可能会造成终端 损坏的试验项目 建议顺序 常规 标志 结构 功能 传输信道 电源影响 高 低温 电磁兼容性 安全性能 振动 湿热 三 试验方法 一 常规试验 1 标志标志 这项测试主要按照技术条件 7 1 的要求进行 此项测试没有作为正式的检验项目 但是检验报告当中会有相应的测试结果 建议企业在产品生产和包装过程中 使用这 些规范的标志 2 结构结构 产品设计时需要注意产品设计时需要注意 接地端子 技术条件里要求 接地端子应有清楚的接地符号 接地端子的直径 应不小于 5mm 3 功能功能 讲解重点讲解重点 交流模拟量部分测试的试验方法 误差计算 改变量计算等 概念和计算公式概念和计算公式 绝对误差 测量结果减去被测量的真值 相对误差 绝对误差除以真值 引用误差 绝对误差除以引用值 引用值可以是测量仪表的量程 上限值或指 2 明的其它值 这个值都在产品标准或检定归程中给出 在这里我们对交流模拟量误差计算中 引用值指的是测量量的标称值 例如 某终端的测量电压标称值为 100V 在标称电压值的 80 这一点 终端实测 值为 80 23V 标准表显示值为 80 002V 按照计算公式 100 AF UU E ix u 式中 AF 为输出基准值 即标称值 计算得出 23 0 100 100 002 8023 80 u E 影响量引起的改变量 某一影响量在两个不同规定值时 对同一测量值产生的 两个输出信号之差 与基准值的比值乘以 100 改变量计算 以误差改变量 简称变差 的绝对值 表示 误差等级指数 X 与等级指数对应的误差极限的 X 以输入量频率变化引起的改变量为例说明 例如 某终端在频率 50Hz 时 标称电流为 5A 时 标准表读出的电流输入值 Iri 为 5 0002A 和测试主机显示值 Irx为 5 017A 由误差计算公式得出0 34 100 AF II E rirx rf 在频率 47 5Hz 时 标称电流为 5A 时 标准表读出的电流输入值 Iri为 5 0008A 和 测试主机显示值 Irx为 4 955A 由误差计算公式得出 0 92 100 AF II E rirx lf 那么由频率变化所引起的改变量为 以误差改变量 简称变差 的绝对值 表示 可得出 1 26 100 34 0 92 0 1 f E 如果 单独看 47 5Hz 时 终端所测得的电流误差为 0 92 误差 1 范围内 但是所引起的改变量 1 26 确超过了改变量极限 100 误差等级指数的 100 所 以作为这项指标 这个终端在该项测试中 是不合格的 准确度等级的确定 是以终端的基本误差 以及改变量极限这两个值来确定终端 测量量的准确度等级的 只有误差极限和改变量极限两个指标均在所标示的等级内才 算合格 否则就要降级 如果连技术条件里的最低要求都达不到 就判定该终端交流 模拟量采集项目不合格 二 传输信道 1 按照规约测试软件检查终端的数据传输是否符合 04 版规约的要求 3 2 对数传电台进行性能测试 3 对公网通讯模块 需要提供有效的入网许可证明材料 三 电源影响 1 电源电压变化电源电压变化 电源电压偏差额定值的 20 20 在试验时 首先要保证终端所接的电源是一个可调的稳压电源 这样就能保证试 验结果的准确 在调整到终端电源电压额定值偏差的上限或下限时 测量终端的状态量采集 脉 冲量采集 电能表数据采集 遥控 功控 电控等功能是否符合要求 以及交流模拟 量测量值所得到的改变量是否 误差等级指数的 100 2 消耗功率消耗功率 电源回路 在守候状态下 不与主站通信的状态 终端的消耗功率 20VA 100V 供电时 消耗功率 15VA 发射状态下技术条件没有做要求 但是型式检验时会给出测试结果 模拟量输入回路 功率消耗 0 25VA 产品设计时需要注意产品设计时需要注意 电流互感器的引线或着印制板线不要太长 否则功耗有可能超标 四 高低温试验 技术条件里规定了三个温度级别 除此之外可以根据用户特定要求 确定试验温 度 终端非通电状态下 在所设置的温度保温 6 个小时 然后通电半个小时后测量数传电 台的灵敏度指标 数据采集和控制功能应符合要求 脉冲量采集 状态量采集 交 直流模拟量采集 遥控 功控 电控等 五 电磁兼容性 电磁兼容性试验共涉及七项抗扰度测试 主要是检验被测系统在电磁骚扰的情况 下 具有不降低其运行性能的能力 1 电压暂降和短时中断抗扰度试验电压暂降和短时中断抗扰度试验 干扰产生的起因干扰产生的起因 电压暂降可能是由高压 中压和低压电网中偶尔产生的短路 接地故障 或负荷 突然出现大的变化所造成的 电压中断可能是故障情况下的连续快速重合闸造成的 定义定义 4 电压暂降 在电气系统某一点的电压突然下降 经历半个周期到几秒钟的短暂 持续周期后回复正常 短时中断 供电电压消失一段时间 一般不超过 1min 短时中断可以认为是 100 幅值的电压暂降 试验等级试验等级 电源额定电压暂降 60 持续时间 1min 电压中断 1s 中断次数 3 次 电压终端 20ms 中断次数 1 次 试验方法试验方法 将测试系统连接好以后 测试主机设置终端的功率定值 电量定值等参数 并记 录试验前的电能量底数 然后按照中断 20ms1 次 中断 1s3 次 中断 1min 的顺序启动 电压中断仪 试验时 样品不应发生损坏或错误动作和死机现象 试验后 干扰施加完毕后 试验前设置的功率定值 电量定值以及终端存储的 电能量底数等数据不能有变化 数据采集和控制功能应符合要求 试验时需要注意试验时需要注意 要保证电压中断仪提供给终端的电源电压的稳定 产品设计时需要注意产品设计时需要注意 设计断电检测电路 以便在断电的时候 快速的保护现场数据 增加备用电源 2 工频磁场抗扰度试验工频磁场抗扰度试验 干扰产生的起因干扰产生的起因 我们都知道 有电流的地方就会伴有磁场 由 50Hz 交流电源工作的设备在正常工 作及故障时 会产生磁场强度不定的磁场 在工频磁场作用下 会使计算机监视器产生电子束的抖动 对电度表等产品会产 生程序紊乱 内存数据丢失 计数误差等不正常现象 对采用磁场敏感器件的终端会 产生误动作 试验等级试验等级 频率 50Hz 磁场强度 400A m 试验方法试验方法 把终端放在磁场线圈中央 测试系统其他设备放在磁场线圈外面 调整可调稳压 电源的输出 使磁场强度为 400A m 终端在正常工作状态下 不应有误动作现象 数 据采集和控制功能和性能试验应符合要求 5 3 射频电磁场辐射抗扰度射频电磁场辐射抗扰度试验试验 干扰产生的起因干扰产生的起因 对终端产生干扰的射频辐射电磁场可以由电台 电视台 移动通讯基站 移动电 话和各种工业辐射源等产生 试验等级试验等级 频率范围 80MHz 1000MHz 严酷等级 3 级 试验场强 10V m 试验方法试验方法 将样品放置于横电磁波传输室的中心磁场中 系统中的其它设备应放置在传输室 外 从 80MHz 1000MHz 选择敏感的频率点 用 1kHz 的正弦波对载波频率进行调幅 调制深度 80 终端在正常工作状态下 不应有误动作现象 数据采集和控制功能和性 能试验应符合要求 4 静电放电抗扰度试验静电放电抗扰度试验 干扰产生的起因干扰产生的起因 当静电电荷在人体积累到一定程度 在和其他物体接触时 就会通过这个物体到 大地的阻抗而进行放电 人体接触电子产品时 产生的静电放电可能会造成产品的元 器件击穿 损坏 对设备造成误动 死机等现象 静电放电之所以会产生很强的电磁干扰 是因为放电电流具有很高的幅度和很短 的上升沿 这样就会产生强度大 频谱宽的电磁场 对电子设备造成干扰 定义定义 直接放电 直接对终端放电 终端操作人员直接接触终端时对终端的放电 直接构成对终端工作的影响 间接放电 通过对终端邻近物体的放电 试验中 是对终端旁的耦合板实施放 电 以模拟人体对被试设备附近的物体放电 间接构成对终端工作的影响 接触放电 可以直接对终端施加 也可以间接通过耦合板对终端施加 直接 施加 间接施加 空气放电 只能直接对终端施加 对非导电性表面的终端 如塑料机箱 或表 面覆有绝缘物的金属外壳 所采用的试验方法 直接施加 试验等级试验等级 接触放电 严酷等级 4 试验电压 8kV 直接放电及间接放电 6 每个敏感试验点放电次数 正负极性各 10 次 每次放电间隔至少为 1s 如终端的外壳为绝缘材料 则进行空气放电 试验电压 8kV 间接放电应施加于 终端各个侧面 试验方法试验方法 试验点的选择 国标里规定 凡被试设备正常工作时 人手可以触摸到的部位 都是需要进行静电放电试验的部位 外壳上的一些点 控制键盘 显示屏 指示灯 旋钮 钥匙孔连接器罩等都可以作为试验点 对于金属外壳的终端 要进行 8kV 接触放电直接施加和间接施加 每个敏感试验 点正负极性各 10 次 对于绝缘外壳的终端 要进行 8kV 空气放电 8kV 间接放电 每个敏感试验点正负 极性各 10 次 在进行放电时 整套系统要处于正常工作状态 把功控或电控都投入 脉冲计数 和走表时 试验时 终端不应发生损坏 错误动作和死机现象 试验后 数据采集 和控制功能和性能试验应符合要求 试验时需要注意试验时需要注意 放电电极要垂直样品表面 水平耦合板和垂直耦合板均经过两个 470k 的电阻与接地参考平面连接 试验平 台的搭建 产品设计时需要注意产品设计时需要注意 金属外壳 要保证外壳导电性良好 终端外壳有低阻抗的接地措施 这样静电放 电电流可以迅速在终端外壳上得到施放 非金属外壳 要保证终端内部的布局不要靠近外壳的缝隙 提高外壳材料的绝缘 强度 从结构设计采取一些措施 对于显示屏 不要过于靠近外壳 尽量采用透明屏蔽材料进行保护 5 电快速瞬变脉冲群抗扰度电快速瞬变脉冲群抗扰度试验试验 干扰产生的起因干扰产生的起因 脉冲群主要是由电网中机械开关对电感性负载切换时所引起的干扰 脉冲群的重复频率很高 脉冲波形的上升时间很短 但是单个脉冲的能量很小 一 般不会造成终端的破坏性损坏 但可能会使终端产生误动作或死机现象 根据国外的专家研究 认为脉冲群干扰之所以会造成设备误动作或死机 是因为脉 冲群对线路中半导体器件结电容的充电 当结电容上的能量积累到一定程度 便会引 起线路 乃至设备 的误动作 下面分析一下重复频率为 5kHz 施加 1min 的脉冲群到底会有多少个脉冲 重复频率为 5kHz 相当于 1ms 会有 5 个脉冲 一个脉冲群的持续时间为 15ms 由 此得出 一个脉冲群是由 75 个脉冲构成的 7 脉冲群周期为 300ms 1min 60000ms 那么 1min 内就要施加 200 组脉冲群 相当 于 1min 内产生 15000 个脉冲 定义定义 耦合网络 用于将能量从一个线路传到另一线路的电路 脉冲群就是通过耦合 网络将干扰施加到终端的测试线路上的 去耦网络 用于避免施加在被试设备上的干扰信号影响其他不被试验的设备或系 统的电路 耦合夹 在与受试线路没有任何电连接的情况下 以共模形式将干扰信号耦合到被 试回路的具有规定尺寸和特性的一种装置 脉冲线和 485 线的 1kV 就是通过耦合夹 将干扰信号耦合上去的 差模电压 一组规定的带电导体中任意两根之间的电压 对于电源回路来说 如 果是单相的 就是 L 与 N 之间 火线与中线之间 的电压 施加在 L 与 N 之间的干扰 称为差模干扰 脉冲群抗扰度测试没有采用差模方式 在后边的振荡波和浪涌抗扰度 测试中会采用 共模电压 每个导体与规定参考点 通常是地或机壳 之间地相电压的平均值 对于电源回路来说 就是电源线与参考地之间的电压 施加的干扰称为共模干扰 脉 冲群干扰主要是通过共模方式施加的 试验等级试验等级 等 级 电压 峰值 重复率试验回路 施加试验 电压次数 每种组合方 式试验时间 1 0 kV 耦合 5kHz脉冲信号输入线 通信线 正负极性 各 3 次 1min 31 0 kV5kHz 状态信号输入 控制输出回路 60V 正负极性 L N PE 组合 各 3 次 1min 42 0 kV5kHz控制输出回路 60V 正负极性 L N PE 组合 各 3 次 1min 42 0 kV5kHz交流模拟量输入 正负极性各 3 种组 合方式 1min 44 0 kV2 5kHz电源回路 正负极性各 3 种组 合方式 1min 共模组合方式包括 L 与 PE 之间 N 与 PE 之间 L N 与 PE 之间 试验方法试验方法 要保证的接地端连接到接地系统上 不允许有附加的接地连线 测试系统的其它 部分放置在试验台外面 8 脉冲群抗扰度 振荡波抗扰度 浪涌抗扰度这三项测试 对于终端的测试回路所 施加的干扰虽然不同 但是接线方式和试验方法还是有很多一样的地方 下面的表格 是对试验方法的汇总 9 试验回路接线方法试验前试验中试验后 状态信号输 入 脉冲群 振荡波 浪 涌 将耦合 去耦网络装置的输入端接 在一个空的接线板上 一根试验 导线接在空接线板的 L 端 状态 量输入的一端接在耦合 去耦网络 装置输出端接线板的 L 端 在脉冲量输入 和外接电能表 时 投入功控 和电控 将状态量输入 的另一端与空 接线板的导线 短接 状态量 显示应正确 遥控动作应正 确 脉冲采集 抄表准确 功控或电 控动作正 确 控制输出回 路 脉冲群 振荡波 浪 涌 将耦合 去耦网络装置的输入端接 在一个空的接线板上 终端的控 制输出端 常开触点 的任一端 口接在耦合 去耦网络装置的输出 端接线板的 L 或 N 端 在脉冲量输入 和外接电能表 时 投入功控 和电控 不应发生损坏 死机现象 控 制输出无错误 动作 遥信显 示正确 脉冲采集 抄表准确 功控或电 控动作正 确 交流模拟量 输入 脉冲 群 振荡波 电压回路 将并接交直流电压表 的可调稳压电源 耦合 去耦网 络装置 交流电压输入端 电流回路 将可调电流源 交 直流电流表 样品的交流电流 输入端 耦合 去耦网络装置串 接在一起 形成一个电流测试回 路 在脉冲量输入 和外接电能表 时 记录测试主机 召测得到的电 压值和交直流 电压表显示的 电压值 所计 算得出的误差 值不能超过规 定值 电源回路 脉冲群 振荡波 浪 涌 电源线接到耦合网络上 在脉冲量输入 和外接电能表 时 投入功控 和电控 试验中样品不 应发生损坏 错误动作和死 机现象 遥信 遥控 脉冲采 集 抄表 功 控或电控等功 能正常 脉冲信号输 入线 通信 线 1kV 脉 冲群 将脉冲信号输入线和通信线放入 耦合夹内 在脉冲量输入 和外接电能表 时 投入功控 和电控 试验中样品不 应发生损坏 错误动作和死 机现象 遥信 遥控 脉冲采 集 抄表 功 控或电控等功 能正常 10 试验说明 试验说明 每个试验回路的电压等级 试验次数 试验时间可以参照试验等级的表格 技术条件里对这三项测试 均要求终端处于工作状态下进行试验 也就是试验前 试验中都要进行脉冲采集和外接电能表 试验中 终端不能发生不应发生损坏 错误动作和死机现象 试验时需要注意试验时需要注意 试验台的搭建和测试系统的连线一定要规范 以保证试验结果的重复性和可比性 系统中的各设备应按要求连接接地系统 产品设计时需要注意产品设计时需要注意 脉冲群干扰含有很丰富的高频成分 干扰波形在传输过程中 会有一部分干扰从 传输的线缆中逸出 这样终端最终收到的就是传导和辐射的复合干扰 所以在进行产 品设计时要综合考虑 有针对性的对共模干扰采取措施 在电源线和信号线端采用滤波和吸收器件 对 抑止脉冲群干扰有一定效果 6 振荡波抗扰度振荡波抗扰度试验试验 干扰产生的起因干扰产生的起因 这种现象代表了电厂 高 中压变电站中绝缘体的切换情况 特别是有关高压母 线刀闸开关操作时所形成的干扰 以及工业装置的背景骚扰 高压母线中的瞬态电压 瞬态电流的表征是振荡的基波频率 而这个频率取决于电路长度和传播时间 在户外 变电站 这种振荡频率从 100kHz 到几个 MHz 试验等级试验等级 等 级 电压峰值试验回路 施加试验 电压次数 每种组合方式 试验时间 2 1 0 kV 共模 交流模拟量输入 正负极性各 3 种组合方式 1min 2 1 0 kV 共模 状态信号输入 控制输出回路 正负极性 L N PE 组 合各 3 次 1min 41 25kV 差模 电源回路 正负极性 各 1 次 1min 42 5 kV 共模 电源回路 正负极性各 3 种组合方式 1min 11 7 浪涌抗扰度浪涌抗扰度试验试验 干扰产生的起因干扰产生的起因 试验主要是模拟间接雷击 开关动作的瞬态干扰等 试验等级试验等级 等 级 电压峰值试验回路 施加试验 电压次数 每种组合方式 试验时间 2 1 0 kV 共模 状态信号输入 控制输出回路 60V 正负极性 L N PE 组合各 3 次 5min 5 个试验脉冲 2 2 0 kV 共模 控制输出回路 60V 正负极性 L N PE 组合各 3 次 5min 5 个试验脉冲 4 2 0 kV 差模 电源回路 正负极性 各 1 次 5min 5 个试验脉冲 4 4 0 kV 共模 电源回路 正负极性各 3 种组合方式 5min 5 个试验脉冲 产品设计时需要注意产品设计时需要注意 浪涌试验的主要特点就是浪涌脉冲的能量比较大 通常采用的普通滤波和吸收器 件基本都没有太好的效果 设计时尽量在这些器件前面增加浪涌吸收器件 这些器件 主要包括 压敏电阻 瞬变吸收二极管等 浪涌抗扰度试验对于电源回路包括差模和共模两种 因此浪涌吸收器的使用要和 试验对应起来 六 安全性能试验 1 1 地地 的含义的含义 a 如设备外壳是用金属材料制造的 地 是指安装在导电平面上的设备外壳 b 如设备外壳是用绝缘材料制造的 设备应放在导电平板上或用导电箔包围设备 的外壳 此时