鐘成劍

（福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)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(fù)載及電子設(shè)備廣泛應(yīng)用，電力電網(wǎng)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(dòng)、電壓閃變、三相電壓不平衡等電源質(zhì)量問題日益突出，對(duì)電網(wǎng)中的其它電力用戶設(shè)備形成越來越嚴(yán)重的潛在危險(xiǎn)。因此，對(duì)于身處這些電力電網(wǎng)環(huán)境下各種電氣設(shè)備不僅應(yīng)減少對(duì)電力電網(wǎng)的騷擾，同時(shí)還應(yīng)具有抵抗各種電力電網(wǎng)騷擾的能力?？紤]到電氣控制設(shè)備對(duì)電網(wǎng)安全的重要性，國(guó)家制定了電氣設(shè)備抗擾性能的強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電氣設(shè)備諧波電流、電壓波動(dòng)瞬變等抗擾度進(jìn)行明確的規(guī)定。然而目前國(guó)內(nèi)外尚無成熟的諧波電流合成技術(shù)產(chǎn)生符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的低頻騷擾抗擾度諧波電流試驗(yàn)裝置，該文介紹了一種能夠產(chǎn)生電流足夠大、精度足夠高的低頻騷擾抗擾度試驗(yàn)裝置，以滿足標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)要求。

低頻騷擾抗擾度試驗(yàn)裝置（諧波試驗(yàn)電流源）以可編程電源為核心，并結(jié)合多個(gè)功能模塊構(gòu)建而成，模塊包括：穩(wěn)壓電源、可編程電源、調(diào)壓器、降壓升流隔離變壓器、電流負(fù)載及各個(gè)部件的監(jiān)測(cè)與分析設(shè)備，經(jīng)試驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證及結(jié)果分析，該裝置的設(shè)計(jì)完全能滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，具有較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

2 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 14048.2要求

產(chǎn)生的諧波試驗(yàn)電流波形是按照國(guó)家的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB 14048.2《低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備第2部分：斷路器》附錄F中F.4.1.2條款內(nèi)方案A的要求設(shè)計(jì)，參數(shù)詳見表1：

表1 試驗(yàn)電流方案[1][2]

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 總體結(jié)構(gòu)

低頻騷擾抗擾度試驗(yàn)裝置的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1，穩(wěn)壓電源用來對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的電力供應(yīng)，可編程電源提供按照設(shè)計(jì)要求的諧波波形輸出，調(diào)壓器及降壓升流隔離變壓器是對(duì)可編程電源的高電壓的諧波波形輸出轉(zhuǎn)換為大電流的諧波波形輸出，為低壓斷路器檢測(cè)提供所需的大電流諧波源，負(fù)載為EUT（低壓斷路器）提供所需的試驗(yàn)測(cè)試電流要求，在整個(gè)結(jié)構(gòu)中加入監(jiān)測(cè)與分析設(shè)備，確保檢測(cè)的準(zhǔn)確可靠。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

3.2 可編程電源模塊

可編程電源模塊采用3臺(tái)型號(hào)完全一致，且每臺(tái)容量均為2KVA的可編程電源并聯(lián)而成，并通過GBIP通訊口和上位機(jī)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(yù)置圖見圖2、5次諧波波形預(yù)置圖見圖3），通過該可編程電源產(chǎn)生所需的諧波電壓值可為（0～400）V，容量最大可達(dá)到6KVA。如果預(yù)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(yù)置圖

圖3 5次諧波波形預(yù)置圖

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

3.3 調(diào)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(zhuǎn)換為電壓為3VAC、最大電流可達(dá)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(cè)量工具。該模塊總體結(jié)構(gòu)詳見圖4所示：

圖4 調(diào)壓器及降壓升流隔離變壓器模塊

監(jiān)測(cè)設(shè)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(duì)變換模塊輸出端進(jìn)行測(cè)量，將會(huì)帶來測(cè)量上的誤差，因此該試驗(yàn)裝置使用有源柔性電流鉗，有源柔性電流鉗的測(cè)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(cè)量要求。

4 驗(yàn)證與結(jié)果分析

4.1 可編程電源參數(shù)設(shè)定

為驗(yàn)證文中所設(shè)計(jì)的低頻騷擾抗擾度試驗(yàn)裝置，該文采用由智能萬能式型低壓斷路器作為實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證對(duì)象，驗(yàn)證低壓斷路器脫扣器的抗擾度能力。

可編程電源參數(shù)設(shè)定值如下：

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

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

雖然可編程電源輸出也可產(chǎn)生符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求，但是可編程電源輸出后端模塊負(fù)載為感性負(fù)載（調(diào)壓器、降壓升流變換模塊），因此輸出的諧波電流波形將會(huì)偏移可編程電源輸出的諧波電流波形，因此要不斷反復(fù)調(diào)整可編程電源輸出的諧波電壓波形參數(shù)，使得通過感性負(fù)載后的最終輸出諧波電流波形符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.2 諧波試驗(yàn)電流參數(shù)調(diào)整和設(shè)定

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

4.3 諧波試驗(yàn)電流輸出的結(jié)果分析

通過調(diào)壓器控制電壓實(shí)現(xiàn)基波和三次諧波電流輸出，輸出電流波形參數(shù)見表2，三次諧波電流大小、峰值系數(shù)均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

表2 基波和三次諧波的電流波形的參數(shù)

圖5 1000A基波和三次諧波的電流波形

通過調(diào)壓器控制電壓實(shí)現(xiàn)基波和五次諧波電流輸出，輸出電流波形參數(shù)見表3, 五次諧波電流大小、峰值系數(shù)均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

表3 基波和五次諧波的電流波形的參數(shù)

圖6 1000A電流波形的基波分量及諧波分量

調(diào)壓器在調(diào)壓過程中，對(duì)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(shù)等參數(shù)并未發(fā)生變化。

5 結(jié)束語

該文利用可編程電源研究合成所要求的復(fù)合波，并通過變壓器將可編程輸出諧波電流放大到標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)所要求的諧波電流，從而很好的解決了諧波電流合成技術(shù)的難題，而且這種方法產(chǎn)生的的諧波試驗(yàn)電流大、精度高、電流大小調(diào)節(jié)簡(jiǎn)便、波形調(diào)整方便、對(duì)電力電網(wǎng)傳導(dǎo)小等優(yōu)點(diǎn)，因此該電力電網(wǎng)的低頻騷擾抗擾度試驗(yàn)裝置對(duì)本行業(yè)有很重要的實(shí)際意義和應(yīng)用價(jià)值。

[1]GB14048.2 低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第2部分：斷路器[S].

[2]GB14048.1低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 總則[S].