CN105022020A - 电能表射频电磁场、无线电抗扰度试验测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电能表射频电磁场、无线电抗扰度试验测试系统，包括测试主机、信号发生器、EMI接收机、转台天线塔控制器和电能表检定装置，其中，测试主机通过路由器连接转台天线塔控制器，电能表检定装置通过滤波器连接被检电能表，转台天线塔控制器连接转台和天线塔，EMI接收机连接射频开关及阻带滤波器，射频开关及阻带滤波器同时连接路由器和天线，信号发生器连接射频开关，射频开关连接功率放大器。本发明利用网络同步技术，实现了射频电磁场抗扰度试验与电能表误差的同步记录以及多功能射频电磁场试验和无线电干扰抑制试验的自动化测试功能集成，能实时收集并分析监测数据，大幅降低了运检成本和检测时间，有效保障试验数据的精确度。

Description

电能表射频电磁场、无线电抗扰度试验测试系统及方法

技术领域

本发明涉及一种电能表射频电磁场、无线电抗扰度试验测试系统及方法。

背景技术

电力系统中供电网络密集复，电磁环境复杂，开关操作、强电场、运行方式、工频磁场和雷电冲击乃至故障等外界因素都会促使整个系统产生大量的电磁干扰现象，导致电力系统供电网络中的仪器仪表精度、性能等指标受到影响而不能正常运作，如微机继电保护装置误动作、电能表失压、测控装置传送数据错误和励磁调节器失控事故等。

在电能表全性能和抽样验收实验中电能表射频电磁场抗扰度试验和无线电干扰抑制试验是考核电能表质量的关键测试项目。电能表射频电磁场抗扰度试验和无线电干扰抑制试验测试中的抗扰度测试是考核电能表在电磁干扰作用下误差是否能符合标准规定的要求及电能表电量在强电磁场作用下是否会发生改变的情况。

但是，目前的辐射电磁场试验和电能表检定装置是两套单独系统，这样存在以下问题：

(1)从系统构架来说，现有射频电磁场试验系统和电能表检定系统两者独立且射频电磁场抗扰度是扫频试验，操作人员无法手动准确的同时记录频点和误差数据；

(2)测试功能单一，一旦出现错误全部试验必须重新开始，严重降低效率；

(3)对电能表误差不合格的小频率范围无法自动化长时间测试，无法找寻敏感频率点；

(4)每次试验无自检功能，只校准一次即完成多次试验，测试试验条件是否满足要求不能确定；

(5)可移植性差，更换设备或通信装置更换后无法使用；

(6)无法完成对带有无线模块或者载波模块电能表的校验工作。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种电能表射频电磁场、无线电抗扰度试验测试系统及方法，本系统可配合现有电能表检定装置，充分利用检定装置的多功能性，可完成电能表多种不同状态下的试验项目。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电能表射频电磁场、无线电抗扰度试验测试系统，包括测试主机、信号发生器、EMI接收机、转台天线塔控制器和电能表检定装置，其中，测试主机通过路由器连接转台天线塔控制器，信号发生器、EMI接收机和电能表检定装置与转台天线塔控制器并联于路由器上，电能表检定装置通过滤波器连接被检电能表，转台天线塔控制器连接转台和天线塔，EMI接收机连接射频开关及阻带滤波器，射频开关及阻带滤波器同时连接路由器和天线，信号发生器连接射频开关，射频开关连接功率放大器，功率放大器也连接所述天线，所述被检电能表、转台和天线设置于电波暗室内。

所述测试主机记录电能表射频电磁场抗扰度试验和无线电干扰抑制试验的测试数据，通过通信接口实现对电能表射频电磁场抗扰度试验和无线电干扰抑制试验测试装置的远程操控和对电能表检定装置误差的读取与记录。

所述测试主机控制射频开关，切换扫频信号到对应的功率放大器。

系统还设有无线综测仪，对带无线模块的电能表进行无线通信，在通信状态下由天线接收工作状态下的带无线模块电能表发出的电磁场强度，所述接收天线将信号送给EMI接收机。

所述电能表检定装置通过滤波器与电能表连接，进行不同电压电流规格和不同等级电能表误差的检定。

所述路由器，用于测试主机、电能表检定装置及射频电磁场试验测试装置之间的数据交互及协议转换，且数据交互的通讯网络与接口包括但不限于以太网、RS232接口、GPIB总线、CAN总线、RS485接口或USB接口。

所述天线包括发射天线和接收天线。

一种基于上述系统的射频电磁场抗扰度试验方法，包括以下步骤：

(1)试验开始时测试主机通过路由器发送通信接口指令访问并检测各试验装置状态是否可控，如果不可控进行报警提示，试验人员对报警设备进行核查，确认无误后关闭报警提示，测试主机再次检测设备状态，设备全部受控后可进入试验设定；

(2)通过远程指令控制测试设备发送指定频点、指定波形、指定强度、指定极化方向、指定驻留时间的干扰信号，对被测电能表指定接口或指定方位进行干扰；

(3)在电能表检定装置对电能表施加指定条件的情况下，开展不同场强环境的测试，由测试主机对信号发生器进行控制使之在全频率范围发射设定场强信号，设定场强信号通过射频开关输入到对应的功率放大器，功率放大器将放大后的信号输入发射天线，最终实现电波暗室内达到设定的场强环境，电能表实时读取被检电能表误差数值或读取被检电能表试验后的电量，并与试验前的电量相比较，完成结果判定。

对于射频电磁场抗扰度10V/m试验，电能表检定装置实时读取被检电能表误差数值，最终绘制误差曲线，完成结果判定。对于射频电磁场抗扰度30V/m试验，测试系统读取被检电能表试验后的电量，并与试验前的电量相比较，完成对试验结果判定。

所述步骤(2)中，如果因电能表检定装置设置校验圈数过多导致电能表误差计算时间大于测试频点驻留时间或其他原因导致的在设定驻留时间内没有读取到对应的电能表误差值的情况，系统自动延长驻留时间直到读取误差，当时间超过最大允许时间限制值时提示报警信息，实验人员应对相关设备及线路进行检查。

所述步骤(3)中，试验通过场强探头实时检测实际发射的场强大小，如果实际检测场强不满足要求，需重新规范实验室条件，满足后方可开始实试验。

所述步骤(3)中，对于射频电磁场抗扰度10V/m试验，测试完成后根据测试中保存的误差数据绘制测试结果曲线，包括测试频点、误差数据和标准误差限，并且自动标定低于标准要求的误差点，根据测试结果曲线、误差限值以及标定的误差点数据了解到误差产生的频点数值、干扰信号特征和误差的严重性，从而分析出误差产生的原因，对于射频电磁场抗扰度30V/m试验，测试系统对比计算被检电能表试验前后的电量改变量并完成对试验结果判定。

一种基于上述系统的无线电干扰抑制试验方法，包括以下步骤：

(1)电能表检定装置和无线综测仪给不同规格电能表提供工作环境，测试主机控制转台天线塔控制器，实现试验测试过程中转台与天线塔的配合运动，测试主机对EMI接收机进行控制绘制测试曲线；

(2)转台与天线塔运动，实现不同极化方向、不同位置的测试，接收机采用准峰值方法在预测试中寻找并记录相对于限值可能是最大骚扰的频率和幅度；

(3)测试主机控制转台与天线塔完成预测试中的最大骚扰布置条件，包括天线高度、被测品位置和极化方向，频谱分析仪在最大值保持功能下对可能的最大骚扰频率进行最终测试，获得最终测量结果。

本发明的有益效果为：

(1)本发明可配合现有电能表检定装置，实现了射频电磁场抗扰度试验测试与电能表检定的功能集成，完成电能表射频电磁场抗扰度试验的自动化测试，实现了扫频与误差的同步记录，解决人工集成操作存在的诸多问题，提高了测试结果的精确度与可信度，降低了运检成本，大幅节约了检测及问题定位的时间，提高了工作效率；

(2)该系统能够实时收集和分析大量测试数据，自动确定产生误差的干扰条件并保存试验结果，绘制误差曲线，判断电磁兼容问题趋势，方便查询试验不合格点和历史数据，有较好的应用推广前景；

(3)该系统对误差不合格频段可采用小范围重复测试方式，无需整体试验重新测试以确认检测结果，实现便捷的重复确认功能；

(4)该系统可灵活调整每一频点驻留时间，实现对电能表敏感频点长时间测试要求，方便在测试过程中检测电能表敏感原因，为查找电能表不合格原因提供技术条件；

(5)该系统能构建无线公网，在电波暗室内可实现对无线模块电能表在无线通信状态下无线电骚扰限值的试验测试；

(6)该系统搭建有载波电能表通信系统，能对载波电能表在抄表状态下的无线电骚扰限值进行测试；

(7)该系统可依据相关标准对测试结果自动判断，出具检测结果。如首次测试出现因其他原因导致误差不合格情况，可再次测试，其合格记录会覆盖原有不合格点，实现测试数据准确可靠。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的工作原理图；

图3是本发明试验进行的工作原理框图；

图4是本发明射频电磁场抗扰度10V/m测试原理图。

图中，1-测试主机，2-路由器，3-信号发生器，4-EMI接收机，5-转台天线塔控制器，6-电能表检定装置，7-被检电能表，8-天线，9-电波暗室，10-转台，11-天线塔，12-射频开关，13-射频开关及阻带滤波器，14-功率放大器，15-滤波器。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

一种适用于电能表射频电磁场抗扰度试验和无线电干扰抑制试验的自动化辅助测试系统，包括测试主机，由装有电能表射频电磁场抗扰度试验和无线电干扰抑制试验的测试系统的电脑构成；电能表检定装置，由独立使用的检测软件和检测设备构成；电能表射频电磁场抗扰度和无线电干扰抑制试验装置，由EMI测试接收机、无线综测仪、信号发生器、功率放大器和天线等构成；以及实现上述三者之间数据通信的路由器。

测试主机运行主控测试系统，包括电能表射频电磁场抗扰度试验和无线电干扰抑制试验的测试和电能表误差数据在相应抗扰度试验的同步记录功能，通过通信接口实现对电能表射频电磁场抗扰度试验和无线电干扰抑制试验测试装置的远程操控和对电能表检定装置误差的读取与记录，完成自动化测试。

电能表射频电磁场抗扰度试验和无线电干扰抑制试验测试装置实现电能表射频电磁场抗扰度试验和无线电干扰抑制试验测试，能够通过通信接口由测试主机进行远程监控，包括EMI测试接收机、无线综测仪、信号发生器、功率放大器和天线等，所述信号发生器与射频开关连接，所述射频开关由测试主机控制，切换扫频信号到对应的功率放大器，所述功率放大器连接相应频率范围的天线，实现电能表的射频电磁场抗扰度试验环境要求。由无线综测仪可构建无线公网，对带无线模块的电能表实现无线通信，在通信状态下有接收天线接收工作状态下的带无线模块电能表发出的电磁场强度，所述接收天线将信号送给EMI接收机，所述EMI接收机由测试主机控制选择相应功能完成测试分析，实现无线电干扰抑制试验。

电能表检定装置拥有独立检测软件和检测装置，所述检测装置通过滤波器与电能表连接，可以实现不同电压电流规格和不同等级电能表基本误差的检定。

路由器实现测试主机、射频电磁场试验测试装置及电能表检定装置的数据交互。

本发明利用网络通信及接口技术，包括但不限于以太网、RS232接口、GPIB总线、CAN总线、RS485接口、USB接口，通过所述路由器实现所述测试主机、电能表检定装置及射频电磁场试验测试装置之间的数据交互及协议转换，通过所述测试主机上运行的测试软件完成测试及数据交互控制。

如图1所示，使用本系统进行试验时，测试主机1与路由器2相连；路由器2分别与信号发生器3、EMI接收机4、转台天线塔控制器5、电能表检定装置6、射频开关12和射频开关及阻带滤波器13依次相连；信号发生器3和EMI接收机4与天线8(包括发射天线和接收天线)相连；转台天线塔控制器4与转台10和天线塔11相连；电能表检定装置6与被检电能表7相连；电波暗室9符合相关标准测试要求。

如图2所示，当为射频电磁场抗扰度试验时，测试主机1的网口与路由器2相连。路由器2的网口分别与信号发生器3的网口、EMI接收机4的网口、转台天线塔控制器5的网口、电能表检定装置6的网口、射频开关12的网口和射频开关及阻带滤波器13的网口依次相连。信号发生器3的输出端口与射频开关12相连，经过由测试主机控制的射频开关12的切换将输出信号送入对应的功率放大器14，功率放大器14的输出端口最终连接天线8(此处为发射天线)实现信号输出，最终达到所需场强要求。当为无线电干扰抑制试验时，天线8(此处为接收天线)将接收到的信号输入给射频开关及阻带滤波器13，射频开关及阻带滤波器13将接收信号输入给EMI接收机4，EMI接收机4通过路由器2由测试主机1操控，实现对接收信号的分析。测试主机1通过路由器2给转台天线塔控制器4发送命令，转台天线塔控制器4通过光纤信号分别控制转台10和天线塔11，实现转台与天线塔的自动运行。电能表检定装置6通过相应滤波器15对被检电能表7提供工作参比条件并实现智能电能表相关性能测试。

(4)如图3所示为本发明试验进行的工作原理框图，试验开始时测试主机1通过路由器2发送通信接口指令访问并检测各试验装置状态是否可控，如果不可控进行报警提示，试验人员对报警设备进行核查，确认无误后关闭报警提示，测试主机1再次检测设备状态，设备全部受控后可进入试验设定。对于射频电磁场抗扰度试验，通过远程指令控制测试设备发送指定频点、指定波形、指定强度、指定极化方向、指定驻留时间的干扰信号，对被测电能表指定接口或指定方位进行干扰。在电能表检定装置6对电能表施加指定条件(包括参比条件和各种特定条件)的情况下，开展10V/m和30V/m的测试。试验可通过场强探头实时检测实际发射的场强大小，如果因特殊原因导致实际检测场强不满足要求，需重新规范实验室条件，满足后方可开始实试验。对10V/m场强试验，由测试主机1根据校准文件对信号发生器3进行控制使之在全频率范围发射10V/m场强信号，10V/m场强信号通过射频开关12输入到对应的功率放大器14，功率放大器14将放大后的信号输入发射天线，最终实现电波暗室内10V/m的场强环境，测试过程同步读取并记录电能表误差值，试验完成后对结果判定并出具检定报告。对30V/m场强试验，电能表检定装置6先读取被检电能表7试验前的电量并存储，然后对被检电能表7只施加参比电压情况下开展30V/m场强试验(过程与10V/m相似)，射频场试验结束后由电能表检定装置6读取被检电能表7试验后的电量，并与试验前的电量相比较，依据相关标准要求对试验结果判定。对于无线电干扰抑制试验，由电能表检定装置6和无线综测仪给不同规格电能表提供工作环境，由测试主机1控制转台天线塔控制器5，实现试验测试过程中转台10与天线塔11的配合运动，测试主机1对EMI接收机4进行控制，实现自动化测试，并绘制测试曲线。试验开始完成预测试，转台10与天线塔11运动范围较大，EMI接收机4采用准峰值方法在预测试中寻找并记录相对于限值可能是最大骚扰的频率和幅度；之后测试主机控制转台10与天线塔11完成预测试中的最大骚扰布置条件，EMI接收机4在最大值保持功能下对可能的最大骚扰频率进行最终测试，获得最终测量结果。如果测试人员对自动测试结果存在疑问时也可进入手动模式，此时需手动选取相对于限值可能是最大骚扰的频率点，然后进入自动扫频测试。

图4所示为本发明射频电磁场抗扰度10V/m测试原理图，测试主机控制试验环境达到10V/m，同时通过接口指令在每一个测试频点驻留时间内远程读取电能表检测装置上的误差数据记录，取此测试频点驻留时间内的误差最大值作为此点误差读数并与测试频点同步记录。如果因设置校验圈数过多导致电能表误差计算时间大于测试频点驻留时间或其他特殊原因导致的在设定驻留时间内没有读取到对应的电能表误差值的情况，系统自动延长驻留时间直到读取误差，当时间超过最大允许时间限制值时提示报警信息，技术人员可对相关设备及线路进行检查。下一个测试频点重复这一步骤直至测试完成。测试完成后根据测试中保存的数据绘制测试结果曲线(包括测试频点、误差数据和误差限)，并且自动标定低于标准要求的误差点，给出相应的误差值。测试人员可以根据测试结果曲线以及标定的误差点数据清晰的了解到误差产生的位置、干扰信号特征和误差的严重性，从而分析出误差产生的原因。测试结果合并保存在文件中，测试人员可以随时调出以前的测试结果用于同改进设计以后的测试结果进行分析和对比，快速判断改进效果，也实现测试原始数据的记录与保存。

实施本发明系统，利用网络同步技术，实现了无线电干扰抑制试验和射频电磁场抗扰度试验与电能表误差的同步记录以及多功能射频电磁场试验自动化测试的功能集成，能实时收集并分析监测数据，测试功能方便快捷，大幅降低了运检成本和检测时间，数值的精确程度得到有效保障。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种电能表射频电磁场、无线电抗扰度试验测试系统，其特征是：包括测试主机、信号发生器、EMI接收机、转台天线塔控制器和电能表检定装置，其中，测试主机通过路由器连接转台天线塔控制器，信号发生器、EMI接收机和电能表检定装置与转台天线塔控制器并联于路由器上，电能表检定装置通过滤波器连接被检电能表，转台天线塔控制器连接转台和天线塔，EMI接收机连接射频开关及阻带滤波器，射频开关及阻带滤波器同时连接路由器和天线，信号发生器连接射频开关，射频开关连接功率放大器，功率放大器也连接所述天线，所述被检电能表、转台和天线设置于电波暗室内。

2.如权利要求1所述的一种电能表射频电磁场、无线电抗扰度试验测试系统，其特征是：所述测试主机记录电能表射频电磁场抗扰度试验和无线电干扰抑制试验的测试数据，通过通信接口实现对电能表射频电磁场抗扰度试验和无线电干扰抑制试验测试装置的远程操控和对电能表检定装置误差的读取与记录。

3.如权利要求1所述的一种电能表射频电磁场、无线电抗扰度试验测试系统，其特征是：所述测试主机控制射频开关，切换扫频信号到对应的功率放大器。

4.如权利要求1所述的一种电能表射频电磁场、无线电抗扰度试验测试系统，其特征是：还设有无线综测仪，对带无线模块的电能表进行无线通信，在通信状态下由天线接收工作状态下的带无线模块电能表发出的电磁场强度，所述接收天线将信号送给EMI接收机。

5.如权利要求1所述的一种电能表射频电磁场、无线电抗扰度试验测试系统，其特征是：所述电能表检定装置通过滤波器与电能表连接，进行不同电压电流规格和不同等级电能表误差的检定。

6.如权利要求1所述的一种电能表射频电磁场、无线电抗扰度试验测试系统，其特征是：所述路由器，用于测试主机、电能表检定装置及射频电磁场试验测试装置之间的数据交互及协议转换，且数据交互的通讯网络与接口包括但不限于以太网、RS232接口、GPIB总线、CAN总线、RS485接口或USB接口。

7.一种基于权利要求1-6中任一所述的测试系统的射频电磁场抗扰度试验方法，其特征是：包括以下步骤：

(1)试验开始时测试主机通过路由器发送通信接口指令访问并检测各试验装置状态是否可控，如果不可控进行报警提示，试验人员对报警设备进行核查，确认无误后关闭报警提示，测试主机再次检测设备状态，设备全部受控后可进入试验设定；

(2)通过远程指令控制测试设备发送指定频点、指定波形、指定强度、指定极化方向、指定驻留时间的干扰信号，对被测电能表指定接口或指定方位进行干扰；

(3)在电能表检定装置对电能表施加指定条件的情况下，开展不同场强环境的测试，由测试主机对信号发生器进行控制使之在全频率范围发射设定场强信号，设定场强信号通过射频开关输入到对应的功率放大器，功率放大器将放大后的信号输入发射天线，最终实现电波暗室内达到设定的场强环境，电能表实时读取被检电能表误差数值或读取被检电能表试验后的电量，并与试验前的电量相比较，完成结果判定。

8.如权利要求7所述的射频电磁场抗扰度试验方法，其特征是：所述步骤(2)中，如果因设置校验圈数过多导致电能表误差计算时间大于测试频点驻留时间或其他原因导致的在设定驻留时间内没有读取到对应的电能表误差值的情况，系统自动延长驻留时间直到读取误差，当时间超过最大允许时间限制值时提示报警信息，对相关设备及线路进行检查。

9.如权利要求7所述的射频电磁场抗扰度试验方法，其特征是：所述步骤(3)中，试验通过场强探头实时检测实际发射的场强大小，如果实际检测场强不满足要求，需重新规范实验室条件，满足后方可开始实试验。

10.一种基于权利要求1-6中任一所述的无线电干扰抑制试验方法，其特征是：包括以下步骤：

(1)电能表检定装置和无线综测仪给不同规格电能表提供工作环境，测试主机控制转台天线塔控制器，实现试验测试过程中转台与天线塔的配合运动，测试主机对EMI接收机进行控制绘制测试曲线；

(2)转台与天线塔运动，实现不同极化方向、不同位置的测试，接收机采用准峰值方法在预测试中寻找并记录相对于限值可能是最大骚扰的频率和幅度；

(3)测试主机控制转台与天线塔完成预测试中的最大骚扰布置条件，包括天线高度、被测品位置和极化方向，频谱分析仪在最大值保持功能下对可能的最大骚扰频率进行最终测试，获得最终测量结果。