串联谐振电源的电磁兼容试验研究

周 宁，乔 飞，程 正

（1.江西省电力科学研究院，江西 南昌 330096；2.北京市电力公司海淀供电公司，北京 100086）

0 引言

电力设备高电压试验中，各种大型变压器及发电机的交流耐压实验需要定期进行。常规的交联聚乙烯绝缘电缆直流耐压试验因为会对电缆绝缘造成误伤而不再推荐，改而开展交流耐压试验。受试设备容量巨大，常规的交流耐压试验设备的容量、体积、重量也很大，不利于在现场开展检测。串联谐振试验设备的出现改变了高电压试验的这种困境。串联谐振耐压试验技术具有很多优点：串联谐振电源只需要提供试验回路中消耗的有功，所需电源容量大大减小，省去了笨重的大功率调压装置和普通的大功率工频试验变压器。试验设备的重量和体积大大减少。谐振电源的谐振式滤波电路改善输出电压的波形，防止了谐波峰值对试品的误击穿。当试品的绝缘弱点被击穿时，电路立即脱谐，回路电流迅速下降，防止大的短路电流烧伤故障点。试品发生击穿时，因失去谐振条件，高电压也立即消失，电弧即刻熄灭不会出现任何恢复过电压。

在发电厂、变电站进行串联谐振技术进行高电压试验，工作场所比较复杂，试验使用的电源容易受到各种负荷如电动机、鼓风机的影响不稳定；环境中的电磁辐射，如运行中的空心电抗器、高压带电体上的电晕放电；以及雷电、操作波带来的冲击浪涌；工作场所的静电放电等，会对串联谐振电源产生骚扰，影响其稳定性，还会对试验操作人员造成不可预料的伤害。本文的试验研究关注串联谐振电源在复杂的工作场所和电磁环境中受到各种干扰时的抗干扰能力，及其工作的稳定性。

1 项目介绍

对串联谐振电源装置的电磁兼容试验包括静电放电试验，电压暂降、短时中断和电压变化抗扰度试验，电快速瞬变脉冲群抗扰度试验以及浪涌抗扰度试验。

在低相对湿度，使用低导电率地毯和乙烯基服装时，电气和电子设备容易来自操作者和临近物体的静电放电干扰，因此需要对串联谐振电源装置进行静电放电抗扰度试验。

在电网、电力设施发生故障或负荷突然出现大的变化时，会产生电压暂降或短时中断的现象。当连接到电网的负荷连续变化时则会引起电压的变化，这些现象会对电气和电子设备造成影响。与低压供电网连接的电气和电子设备需进行电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验。

电快速瞬变脉冲群是由电感性负载（如继电器、接触器等）在断开时，由于开关触点间隙的绝缘击穿或触点弹跳等原因，在断开处产生的暂态骚扰。当电感性负载多次重复开关，则脉冲群又会以相应的时间间隙多次重复出现。这种暂态骚扰能量较小，一般不会引起设备的损坏，但由于其频谱分布较宽，所以会对电子、电气设备的可靠工作产生影响。为检验电子、电气设备在遭受这类暂态骚扰影响时的性能，需进行电快速速变脉冲群试验。

浪涌冲击来源主要有两种，1）雷电浪涌：雷电击中户外线路，有大量电流流入外部线路或接地电阻，因而产生的干扰电压；感应雷的磁场在线路上感应出的电压或电流；雷电击中了附近的地面，地电流通过公共接地系统时所引入的干扰。2）操作浪涌：主电源系统切换时（例如投切补偿电容组）产生的干扰；在靠近设备附近有一些较大型的开关在跳动时所形成的干扰；切换有谐振线路的晶闸管设备；设备接地网络或接地系统间产生的短路或飞弧故障。需要对串联谐振电源装置进行浪涌冲击抗扰度试验。

2 试验标准

电磁兼容试验的方法遵从以下标准：

GB/T 16927.1-2011《高电压试验技术第一部分：一般试验要求》；GB/T17626.2-2006《电磁兼容静电放电抗扰度试验》；GB/T17626.11-2008《电磁兼容试验和测量技术电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度》；GB/T17626.4-2008《电磁兼容电快速瞬变脉冲群抗扰度试验》；GB/T17626.5-2008《电磁兼容浪涌(冲击)抗扰度试验》。

测试结果依据受试设备在试验中的功能丧失或性能降低现象来分类，按如下要求分类：

判据A：试验中设备在规定的限值内性能正常；

判据B：试验中设备性能或功能暂时丧失或降低，但在干扰停止后能自行恢复，不需要操作者干预；

判据C：试验中设备的功能或性能暂时丧失或降低，但需操作者干预才能恢复；

判据D：试验造成设备硬件或软件损坏，或数据丢失而造成不可恢复的功能丧失或性能降低。

3 试验情况

串联谐振电源装置在进行电磁兼容试验时正常工作，输入电源电压220 V，输出端开路。检测试验的实施对串联谐振电源装置的正常工作状态的干扰和影响程度。图1所示为被试的串联谐振电源装置。

图1 串联谐振电源装置

3.1 静电放电抗扰度试验

分别进行接触放电和空气放电。对设备可接触的导电表面、螺钉、端口等金属体进行接触放电，分别选择4个以上试验点进行（每个点50次，正负极性各25次），用尖端接触放电枪头，放电频率1次/s。试验电压从最小值逐渐增加到6 kV，以确定故障的临界值。对设备可接触的壳体表面，按键、指示灯、显示屏、壳体等的缝隙进行空气放电，分别选择3个以上试验点（每点进行20次放电，正、负极性个10次），用圆形空气放电枪头放电，放电频率1次/s。试验电压从最小值逐渐增加到8 kV，以确定故障的临界值。图2为静电放电布置图。

图2 静电放电布置图

在放电过程中串联谐振电源装置显示屏出现闪烁，控制失灵，但放电结束后恢复正常状态，没有出现危险或不安全的后果。在规定的放电电压下设备未发生任何故障，对静电放电具有一定的抗扰能力，符合评价标准判据B。

3.2 电压暂降、短时中断和电压变化抗扰度试验

电压暂降、短时中断和电压变化抗扰度试验使用HAEFELY公司的Mains Interference Simulator PLINE1610作为试验电源。电源电压的变化如图3、4和5所示。

图3 电源电压暂降图

图4 电压短时中断图

图5 电压变化示意图

3.2.1 电压暂降抗扰度试验

按照电压跌落到的幅度和持续时间，0%-0.5个周期、0%-1个周期、40%-10个周期，70%-25个周期、80%-250个周期，改变串联谐振电源装置的输入电压。分别使电源电压的变化依次发生在电压信号相位角为 0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°，每个角度下试验时间为1 h。试验结果如表1所示。

在整个检测过程中串联谐振电源装置没有出现危险或不安全的后果，具有抗扰能力，在0%-0.5个周期和0%-1个周期试验时，串联谐振电源装置未受影响，能满足评价标准判据A；在40%-10个周期试验时，自动关机；在70%-25个周期试验时，控制失灵，过流保护动作，无法正常工作，电压恢复后，串联谐振电源装置能正常工作，满足评价标准判据B，在80%-250个周期试验时，能满足评价标准判据A。

3.2.2 电压中断抗扰度试验

短时中断串联谐振电源装置的输入电源电压，进行0%-250个周期的电压中断试验,在电源电压信号的相位角为 0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°时中断电压，中断持续时间为250个工频周期，每个角度下试验时间为1 h。

在电源电压中断时，串联谐振电源装置关机，电压恢复后，串联谐振电源装置能正常工作。在规定的试验过程中串联谐振电源装置未发生任何故障，具有抗扰能力，符合评价标准判据B。

3.2.3 电压变化抗扰度试验

使串联谐振电源装置的输入电源电压短时为初始幅值的70%，维持1 s，电压线性变化，电压变化前后的过渡时间均为2 s，电压变化抗扰度试验的持续时间为5 min。

在电源电压变化时，串联谐振电源装置部分功能失常，电压恢复后，串联谐振电源装置能正常工作。在规定的试验过程中串联谐振电源装置未发生任何故障，具有抗扰能力，符合评价标准判据B。

3.3 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验

对串联谐振电源的输入端口施加正、负极性脉冲群波形，脉冲群周期为300 ms，脉冲持续时间为15 ms（5 kHz）、0.75 ms（100 kHz），脉冲群出现周期为1 s。使用HAEFELY公司的Impluse Test System Surge Platform PIM110 Module作为试验电源，脉冲群经过耦合网络耦合到串联谐振装置的电源输入端口，见图6。脉冲群的试验电压为2 kV，依次加在 相 线 -零 线（L-N）和 线 -地（L/N-PE、L&N-PE）之间，每根线上的试验持续1 min，试验结果见表2。

图6 用于交流电源端口的耦合网络示意图

表2 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验结果

在整个检测过程中串联谐振电源装置没有出现危险或不安全的后果，在规定的试验程序中设备未发生任何故障。对电快速瞬变脉冲群具有抗扰能力，符合评价标准判据A。

3.4 浪涌抗扰度试验

在串联谐振电源装置的电源线端口和输出电压端口，施加正、负极性的浪涌信号，电压峰值为2 kV，开路电压波形为1.2/50μs，短路电流波形为8/20μs，内阻为2Ω。对电源线端口的相线-零线线（L-N）和线-地（L/N-PE、L&N-PE）之间和输出电压端口两端施加浪涌电压各5次，加压时间间隔为1 min，如图7。

图7 浪涌（冲击）抗扰度试验电气原理图

检测结果：在整个检测过程中串联谐振电源装置显示屏出现闪烁，控制失灵，过流保护动作，没有出现危险或不安全的后果，电压恢复后，串联谐振电源装置能正常工作。在规定的浪涌电压下串联谐振电源装置未发生任何故障，对浪涌电压具有抗扰能力，符合评价标准判据B。

4 结论

1）接触式和空气中的静电放电对串联谐振电源装置均会产生干扰，影响设备正常工作。电源电压暂降到40%和70%时以及短时中断时，设备均不能正常工作；电源电压电压变化到70%时串联谐振电源装置部分功能失常。浪涌抗扰度试验使串联谐振电源装置不能正常工作。

电快速瞬变脉冲群带来的干扰对串联谐振电源装置未产生任何影响。

2）工作场所、环境中遭受的静电放电，工作电源电压的暂降、短时中断和电压变化以及雷电活动或系统电源切换时造成的浪涌冲击，都会对串联谐振电源装置造成严重干扰：设备在运行中突然关机会造成试验所产生的交流高电压瞬降，影响交流耐压试验效果的判断；升压控制功能失灵，会导致整个串联谐振试验回路产生的高电压瞬间升高，乃至超出被试设备的绝缘水平，误伤被试设备。

工作电源的长期不稳定，造成串联谐振试验装置工作状态不稳，累积效应会导致装置加速老化，影响其使用寿命。

3）采取屏蔽手段，有效屏蔽静电放电带来的电磁干扰；试验电源应与其他大功率负荷隔离，并采取稳压措施，保证工作电源质量；低压试验电源母线应装备电涌防护设备，有效防止浪涌冲击对串联谐振试验装置的影响和破坏。

[1]刘坤.高频电压电源的电磁兼容设计方法综述[J].电源技术，2011（10）：25-28.

[2]李旭华.电磁兼容测试与试验动态[J].电气时代2009（11）：94-96.

[3]邓重一.电磁兼容测试技术选析[J].电力自动化设备，2005（8）：92-95.

[4]GB/T 16927.1-2011，高电压试验技术第一部分：一般试验要求》[S].

[5]GB/T17626.2-2006，电磁兼容静电放电抗扰度试验[s].

[6]GB/T17626.11-2008，电磁兼容试验和测量技术电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度[S].

[7]GB/T17626.4-2008，电磁兼容电快速瞬变脉冲群抗扰度试验[S].

[8]GB/T17626.5-2008，电磁兼容浪涌(冲击)抗扰度试验[S].