電力電網的低頻騷擾抗擾度試驗裝置的設計

鐘成劍

（福建省產品質量檢驗研究院，福建 福州 350002）

1 引言

隨著工業(yè)化的快速發(fā)展，大量非線性工業(yè)負載及電子設備廣泛應用，電力電網的電磁污染也逐漸增加，由此引起的諧波電流、電壓畸變、電壓波動、電壓閃變、三相電壓不平衡等電源質量問題日益突出，對電網中的其它電力用戶設備形成越來越嚴重的潛在危險。因此，對于身處這些電力電網環(huán)境下各種電氣設備不僅應減少對電力電網的騷擾，同時還應具有抵抗各種電力電網騷擾的能力?？紤]到電氣控制設備對電網安全的重要性，國家制定了電氣設備抗擾性能的強制標準，標準對電氣設備諧波電流、電壓波動瞬變等抗擾度進行明確的規(guī)定。然而目前國內外尚無成熟的諧波電流合成技術產生符合國家標準要求的低頻騷擾抗擾度諧波電流試驗裝置，該文介紹了一種能夠產生電流足夠大、精度足夠高的低頻騷擾抗擾度試驗裝置，以滿足標準檢測要求。

低頻騷擾抗擾度試驗裝置（諧波試驗電流源）以可編程電源為核心，并結合多個功能模塊構建而成，模塊包括：穩(wěn)壓電源、可編程電源、調壓器、降壓升流隔離變壓器、電流負載及各個部件的監(jiān)測與分析設備，經試驗測試驗證及結果分析，該裝置的設計完全能滿足國家標準要求，具有較強的實際應用價值。

2 國家標準GB 14048.2要求

產生的諧波試驗電流波形是按照國家的強制性標準GB 14048.2《低壓開關設備和控制設備第2部分：斷路器》附錄F中F.4.1.2條款內方案A的要求設計，參數詳見表1：

表1 試驗電流方案[1][2]

3 系統(tǒng)結構設計

3.1 總體結構

低頻騷擾抗擾度試驗裝置的總體結構設計如圖1，穩(wěn)壓電源用來對整個實驗系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的電力供應，可編程電源提供按照設計要求的諧波波形輸出，調壓器及降壓升流隔離變壓器是對可編程電源的高電壓的諧波波形輸出轉換為大電流的諧波波形輸出，為低壓斷路器檢測提供所需的大電流諧波源，負載為EUT（低壓斷路器）提供所需的試驗測試電流要求，在整個結構中加入監(jiān)測與分析設備，確保檢測的準確可靠。

圖1 系統(tǒng)總體結構設計圖

3.2 可編程電源模塊

可編程電源模塊采用3臺型號完全一致，且每臺容量均為2KVA的可編程電源并聯而成，并通過GBIP通訊口和上位機相連，采用特定電源控制軟件控制可編程電源的諧波波形輸出（3次諧波波形預置圖見圖2、5次諧波波形預置圖見圖3），通過該可編程電源產生所需的諧波電壓值可為（0～400）V，容量最大可達到6KVA。如果預置可編程電源的輸出電壓為220V，可編程電源最大輸出電流可在30A左右。

圖2 3次諧波波形預置圖

圖3 5次諧波波形預置圖

從圖2和圖3波形中可以看出，該諧波電流波形與國家標準GB14048.2所要求的諧波電流要求存在較大差別。

3.3 調壓器及降壓升流隔離變壓器變換模塊

該變換模塊的主要作用是將可編程輸出諧波電流轉換為電壓為3VAC、最大電流可達2000A的諧波電流。在變換模塊的輸出端，我們采取柔性電流鉗和示波器一起作為諧波電流波形監(jiān)視測量工具。該模塊總體結構詳見圖4所示：

圖4 調壓器及降壓升流隔離變壓器模塊

監(jiān)測設備中，由于諧波電流波形含有3次或5次諧波，如果采用頻率為50Hz的電磁式電流互感器對變換模塊輸出端進行測量，將會帶來測量上的誤差，因此該試驗裝置使用有源柔性電流鉗，有源柔性電流鉗的測量頻率范圍從0.6Hz到1MHz，完全滿足3次（150Hz）及5次（250Hz）諧波分量頻率的測量要求。

4 驗證與結果分析

4.1 可編程電源參數設定

為驗證文中所設計的低頻騷擾抗擾度試驗裝置，該文采用由智能萬能式型低壓斷路器作為實驗驗證對象，驗證低壓斷路器脫扣器的抗擾度能力。

可編程電源參數設定值如下：

3次諧波試驗可編程電源參數：基波：60%，3次諧波：100%，相位：200°；

5次諧波試驗可編程電源參數：基波：50%，5次諧波：85%，相位：180°；

雖然可編程電源輸出也可產生符合標準規(guī)定的要求，但是可編程電源輸出后端模塊負載為感性負載（調壓器、降壓升流變換模塊），因此輸出的諧波電流波形將會偏移可編程電源輸出的諧波電流波形，因此要不斷反復調整可編程電源輸出的諧波電壓波形參數，使得通過感性負載后的最終輸出諧波電流波形符合國家標準要求。

4.2 諧波試驗電流參數調整和設定

諧波電流大小是由調壓器進行控制的。調壓器調節(jié)可編程電源輸出端的電壓，導致降壓升流變換模塊的輸出端電流隨著調壓器電壓的調節(jié)變化而發(fā)生改變。

4.3 諧波試驗電流輸出的結果分析

通過調壓器控制電壓實現基波和三次諧波電流輸出，輸出電流波形參數見表2，三次諧波電流大小、峰值系數均滿足標準要求。

表2 基波和三次諧波的電流波形的參數

圖5 1000A基波和三次諧波的電流波形

通過調壓器控制電壓實現基波和五次諧波電流輸出，輸出電流波形參數見表3, 五次諧波電流大小、峰值系數均滿足標準要求。

表3 基波和五次諧波的電流波形的參數

圖6 1000A電流波形的基波分量及諧波分量

調壓器在調壓過程中，對可編程電源諧波電壓波形輸出改變也僅僅是在輸出諧波電流大小上的改變，基波分量和峰值系數等參數并未發(fā)生變化。

5 結束語

該文利用可編程電源研究合成所要求的復合波，并通過變壓器將可編程輸出諧波電流放大到標準檢測所要求的諧波電流，從而很好的解決了諧波電流合成技術的難題，而且這種方法產生的的諧波試驗電流大、精度高、電流大小調節(jié)簡便、波形調整方便、對電力電網傳導小等優(yōu)點，因此該電力電網的低頻騷擾抗擾度試驗裝置對本行業(yè)有很重要的實際意義和應用價值。

[1]GB14048.2 低壓開關設備和控制設備 第2部分：斷路器[S].

[2]GB14048.1低壓開關設備和控制設備 總則[S].