电力电网的低频骚扰抗扰度试验装置的设计

钟成剑

（福建省产品质量检验研究院，福建 福州 350002）

1 引言

随着工业化的快速发展，大量非线性工业负载及电子设备广泛应用，电力电网的电磁污染也逐渐增加，由此引起的谐波电流、电压畸变、电压波动、电压闪变、三相电压不平衡等电源质量问题日益突出，对电网中的其它电力用户设备形成越来越严重的潜在危险。因此，对于身处这些电力电网环境下各种电气设备不仅应减少对电力电网的骚扰，同时还应具有抵抗各种电力电网骚扰的能力。考虑到电气控制设备对电网安全的重要性，国家制定了电气设备抗扰性能的强制标准，标准对电气设备谐波电流、电压波动瞬变等抗扰度进行明确的规定。然而目前国内外尚无成熟的谐波电流合成技术产生符合国家标准要求的低频骚扰抗扰度谐波电流试验装置，该文介绍了一种能够产生电流足够大、精度足够高的低频骚扰抗扰度试验装置，以满足标准检测要求。

低频骚扰抗扰度试验装置（谐波试验电流源）以可编程电源为核心，并结合多个功能模块构建而成，模块包括：稳压电源、可编程电源、调压器、降压升流隔离变压器、电流负载及各个部件的监测与分析设备，经试验测试验证及结果分析，该装置的设计完全能满足国家标准要求，具有较强的实际应用价值。

2 国家标准GB 14048.2要求

产生的谐波试验电流波形是按照国家的强制性标准GB 14048.2《低压开关设备和控制设备第2部分：断路器》附录F中F.4.1.2条款内方案A的要求设计，参数详见表1：

表1 试验电流方案[1][2]

3 系统结构设计

3.1 总体结构

低频骚扰抗扰度试验装置的总体结构设计如图1，稳压电源用来对整个实验系统提供稳定可靠的电力供应，可编程电源提供按照设计要求的谐波波形输出，调压器及降压升流隔离变压器是对可编程电源的高电压的谐波波形输出转换为大电流的谐波波形输出，为低压断路器检测提供所需的大电流谐波源，负载为EUT（低压断路器）提供所需的试验测试电流要求，在整个结构中加入监测与分析设备，确保检测的准确可靠。

图1 系统总体结构设计图

3.2 可编程电源模块

可编程电源模块采用3台型号完全一致，且每台容量均为2KVA的可编程电源并联而成，并通过GBIP通讯口和上位机相连，采用特定电源控制软件控制可编程电源的谐波波形输出（3次谐波波形预置图见图2、5次谐波波形预置图见图3），通过该可编程电源产生所需的谐波电压值可为（0～400）V，容量最大可达到6KVA。如果预置可编程电源的输出电压为220V，可编程电源最大输出电流可在30A左右。

图2 3次谐波波形预置图

图3 5次谐波波形预置图

从图2和图3波形中可以看出，该谐波电流波形与国家标准GB14048.2所要求的谐波电流要求存在较大差别。

3.3 调压器及降压升流隔离变压器变换模块

该变换模块的主要作用是将可编程输出谐波电流转换为电压为3VAC、最大电流可达2000A的谐波电流。在变换模块的输出端，我们采取柔性电流钳和示波器一起作为谐波电流波形监视测量工具。该模块总体结构详见图4所示：

图4 调压器及降压升流隔离变压器模块

监测设备中，由于谐波电流波形含有3次或5次谐波，如果采用频率为50Hz的电磁式电流互感器对变换模块输出端进行测量，将会带来测量上的误差，因此该试验装置使用有源柔性电流钳，有源柔性电流钳的测量频率范围从0.6Hz到1MHz，完全满足3次（150Hz）及5次（250Hz）谐波分量频率的测量要求。

4 验证与结果分析

4.1 可编程电源参数设定

为验证文中所设计的低频骚扰抗扰度试验装置，该文采用由智能万能式型低压断路器作为实验验证对象，验证低压断路器脱扣器的抗扰度能力。

可编程电源参数设定值如下：

3次谐波试验可编程电源参数：基波：60%，3次谐波：100%，相位：200°；

5次谐波试验可编程电源参数：基波：50%，5次谐波：85%，相位：180°；

虽然可编程电源输出也可产生符合标准规定的要求，但是可编程电源输出后端模块负载为感性负载（调压器、降压升流变换模块），因此输出的谐波电流波形将会偏移可编程电源输出的谐波电流波形，因此要不断反复调整可编程电源输出的谐波电压波形参数，使得通过感性负载后的最终输出谐波电流波形符合国家标准要求。

4.2 谐波试验电流参数调整和设定

谐波电流大小是由调压器进行控制的。调压器调节可编程电源输出端的电压，导致降压升流变换模块的输出端电流随着调压器电压的调节变化而发生改变。

4.3 谐波试验电流输出的结果分析

通过调压器控制电压实现基波和三次谐波电流输出，输出电流波形参数见表2，三次谐波电流大小、峰值系数均满足标准要求。

表2 基波和三次谐波的电流波形的参数

图5 1000A基波和三次谐波的电流波形

通过调压器控制电压实现基波和五次谐波电流输出，输出电流波形参数见表3, 五次谐波电流大小、峰值系数均满足标准要求。

表3 基波和五次谐波的电流波形的参数

图6 1000A电流波形的基波分量及谐波分量

调压器在调压过程中，对可编程电源谐波电压波形输出改变也仅仅是在输出谐波电流大小上的改变，基波分量和峰值系数等参数并未发生变化。

5 结束语

该文利用可编程电源研究合成所要求的复合波，并通过变压器将可编程输出谐波电流放大到标准检测所要求的谐波电流，从而很好的解决了谐波电流合成技术的难题，而且这种方法产生的的谐波试验电流大、精度高、电流大小调节简便、波形调整方便、对电力电网传导小等优点，因此该电力电网的低频骚扰抗扰度试验装置对本行业有很重要的实际意义和应用价值。

[1]GB14048.2 低压开关设备和控制设备 第2部分：断路器[S].

[2]GB14048.1低压开关设备和控制设备 总则[S].