影响电能表电磁兼容影响量试验结果的误判原因和抑制措施

刘文芳

(河南省计量科学研究院，郑州 450008)

0　引言

同一块电能表在进行电磁兼容影响量试验时，不同的检测机构得到的相对于参比条件下影响量的变化引起的附加的百分数误差(以下简称误差改变量)重复性不高，甚至于不同的检测机构可能得到合格与不合格两种截然不同的试验结论。产生这种现象的根本原因是由于作为辅助设备的EMC试验用标准装置(以下简称标准装置)受到干扰后，功能发生紊乱造成的。这就要求检测人员在试验中能够正确判断造成误差改变量超标的原因，是来自辅助设备还是来自被试电能表，以免产生误判。本文从电磁兼容影响量试验原理入手，以试验实例介绍了由于辅助设备受到干扰造成试验结果误判的例子和抑制措施。

1　试验原理

图1是按照GB/T 17215.211—2006 《交流电测量设备 通用要求、试验和试验条件 第11部分：测量设备》进行电能表电磁兼容影响量试验的试验线路示意图。EMC试验用标准装置作为电磁兼容影响量试验的辅助设备，主要功能是为被试电能表提供参比条件所需的参比电压和参比电流，并具有直接读取相对于参比条件下影响量的变化引起的附加的百分数误差(以下简称误差改变量)的功能。试验中，标准装置通过耦合去耦网络与被试电能表连接，干扰信号发生器产生的干扰信号经耦合去耦网络通过一定的耦合方式施加到被试电能表，同时通过去耦网络消除标准装置端的干扰信号。

图1　电能表电磁兼容影响量试验示意图

2　试验实例

对编号为0001的1.0级静止式有功电能表进行电快速瞬变脉冲群影响量试验，试验前被试表加参比试验电压为220V，参比试验电流为2.5A。试验中发现误差改变量超过50％，经观察受试电能表的脉冲指示灯闪烁正常，用万用表和钳形电流表监测发现试验中试验电压变为201V，试验电流变为1.2A，已经不符合GB/T 17215.321—2006的要求(GB/T 17215.321—2006交流电测量设备 特殊要求、第21部分：静止式有功电能表(1级和2级)第8.2款规定：应单独地对某个影响量引起的误差改变量进行测试，所有其他影响量保持为参比条件。)，如果直接判该电能表不合格将造成误判。

3　试验结果误判原因分析

3.1　由于标准装置的电压、电流线路受干扰引起的误判

理想情况下，标准装置不应受到干扰信号的影响，但在实际情况下，由于耦合解耦网络的去耦功能不够彻底，一部分干扰信号耦合到作为辅助设备的标准装置，导致标准装置提供给被试电能表的参比电压和参比电流发生变化；另一方面，如图2所示，当被试表受到电磁辐射干扰时，电磁场既可与被试表内部电路和导线以差模直接耦合产生差模干扰电流IDM,又可在火线(L)与大地(E) 、地线(N)与大地(E)间感应共模干扰电流ICM。

图2　电能表受差模、共模干扰示意图

3.2　由标准装置脉冲信号输入端受干扰引起的误判

干扰信号通过脉冲采样线耦合到标准装置的脉冲信号输入回路，将高频干扰信号也作为受试电能表的脉冲输出信号送到标准装置的误差计算器与标准信号进行误差计算，导致误差改变量超标。

实际上, 受试电能表的计量芯片只对符合一定频宽要求的脉冲信号才进行电能量的累加，因此，这些高频干扰信号只是引起了标准装置的功能紊乱，而影响量试验考察的是受试电能表的功能，对于这种原因导致的误差改变量超标，不应判断为受试电能表不合格。

4　几种有效的抑制措施

4.1　在电压、电流回路安装滤波器

经大量试验发现，在标准装置的电压回路和电流回路中使用滤波器可以有效抑制干扰信号，保证标准装置输出的参比电压和参比电流不发生变化。下面提供一种抑制差模干扰电流IDM和共模干扰电流ICM的基本电路，如图3所示。图中，C1、C2为差模滤波电容，主要用来旁路差模干扰电流IDM，共模扼流圈L有两个绕在高磁导率磁芯上的下昂同绕线构成(如图4所示)，这种结构使差模电流产生的磁场相抵销,并以较小的体积获得较大的电感值,通常为0～10mH，且不用担心由于工作电流大而导致磁饱和。每个绕组的电感可以有效衰减火线(L)与大地(E) 、地线(N)与大地(E)间流动的共模干扰电流ICM。同时, 共模扼流圈的漏电感也能对差模干扰电流IDM起到一定的抑制作用，C3、C4为共模滤波电容,对共模电流起旁路作用。

图3　抑制差模干扰、共模干扰基本电路图

图4　共模扼流圈结构图

4.2　在脉冲采集回路采用脉宽检测电路

在脉冲采集回路采用脉宽检测电路可有效抑制标准装置的脉冲信号输入端的电磁干扰。脉宽检测电路是由单稳态触发器4098、双D触发器4013和反相器4069构成(如图5所示)。当电路工作时，电能表的输入脉冲同时加到4098的TR+端和4013的D端，4098的输出端Q作为D触发器的时钟，当单稳态过程结束时，4098的Q端输出脉冲上升沿，将输入数据传入至4013的输出端Q，当输入为低电平时，通过4069的1个门反相后使4013复位，如果在输入中窜入干扰的噪声信号，由于干扰的信号宽度小于单稳脉冲输出，尽管也触发单稳态触发器，但是在单稳结束时(由暂态回至稳态)，4098的Q端发生波形跳变，4013的D端已呈低电平状态，所以，输出仍为低电平状态(波形图如图6所示)，这样便有效地抑制了干扰。

图5　脉宽检测电路

图6　脉宽检测电路时序波形图

通常，按国家标准要求，电能表的输出脉冲宽度为80ms±20ms，由于干扰信号的频率很高，且单个脉冲宽度都很小，如电快速瞬变脉冲群的脉冲宽度是50ns，所以，可采用上述脉宽检测电路设计，当采样的脉冲宽度大于30ms时，视为有效脉冲，小于30ms时，为无效脉冲，这样就可以把电能表的正常脉冲采集下来，而把干扰信号的脉冲给予滤除。

在脉冲采集回路加装脉宽检测电路后，通过对编号为0001的1.0级静止式有功电能表重新进行电快速瞬变脉冲群影响量试验，结果误差改变量由超过50％降为1.5％，达到预期的试验效果;再进一步对标准装置按照上述措施进行了整改，经长期监测其输出电压和输出电流，证明上述措施非常有效。

用脉宽检测电路做抑制干扰信号的方法与滤波的方法相比，有以下优点：首先这是一种脉冲宽度检测，不会产生滤波方法中滤不干净的现象；第二是该方法不会对有效的电能表正常脉冲幅值进行衰减，可保证有效的触发计数；第三是该方法保证了采样波形幅值的完整性。

5　结语

电能表电磁兼容影响量试验复现性差，检测人员必须正确判断造成误差改变量超差的原因是否由被试电能表的功能降低所引起，才不致于引起试验结果误判。对有些误差改变量超差较大的被试电能表，从脉冲指示灯与试验前相比明显不一致可以明确判断该电能表电磁兼容影响量试验不合格，对于误差改变量超差较小的被试电能表，不能从显示的误差改变量马上判断该电能表电磁兼容影响量试验不合格，可延长试验时间，从被试电能表的电能累计值判断该电能表的电磁兼容影响量试验是否合格。经过大量试验证明，通过电能累计值和标准装置两种方法得到的电能表电磁兼容影响量试验结果是一致的。

作者认为国家标准还应该对耦合解耦网络的技术指标作出要求，如果干扰信号经去耦后能够彻底消除，也就从根本上解决了作为辅助设备的标准装置受到干扰从而影响试验结果的问题。目前，其它电子产品的电磁兼容试验也有类似问题，被试设备正常工作，但辅助设备受到干扰后无法正常工作，甚至损坏，造成试验无法进行。因此，提高耦合解耦网络的去耦效果是一种更为有效的措施。

[1]JJF 1245.1—2010安装式电能表型式评价大纲通用要求

[2]GB/T 17215.211—2006交流电测量设备通用要求、试验和试验条件第11部分：测量设备

[3]GB/T 17215.321—2006交流电测量设备特殊要求、第21部分：静止式有功电能表(1级和2级)

[4]刘文芳，赵军，邵峰. 脉宽检测法抑制电能表电磁干扰的方法.电测与仪表，2013(S1)

[5]赵军，王卓，杨明镜. 如何正确判断电能表电快速瞬变脉冲群抗扰度试验的结果.计量技术，2002(9)