CN106405473B - 一种适用于高压计量设备的辐射抗扰度电磁兼容测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于高压计量设备的辐射抗扰度电磁兼容测试系统及方法，该系统包括上位机和路由器，设置在电波暗室内的发射天线和高压计量设备，该系统还包括通过无线连接的方式并联在路由器与高压计量设备之间的高压输出系统和辐射抗扰度测试系统，其中：高压输出系统包括依次相连的信号发生器、稳压稳流器、升压升流器和校准系统，升压升流器的输出端与高压计量设备的一个输入端相连，高压计量设备的输出端与校准系统相连；辐射抗扰度测试系统包括依次相连的信号源、功率放大器、功率计和射频开关，射频开关的输出端通过发射天线与高压计量设备的另一个输入端相连。本发明能够提高高压计量设备准确性及可靠性，保障了电网的稳定运行。

Description

一种适用于高压计量设备的辐射抗扰度电磁兼容测试系统及 方法

技术领域

本发明涉及电力应用领域，尤其涉及一种适用于高压计量设备的辐射抗扰度电磁兼容测试系统及方法。

背景技术

当今社会，电力系统的电磁环境日益复杂，电力系统中计量设备作为电力线路和终端的重要组成部分,关系到所有用电单位、企业乃至千家万户的费用结算问题，不仅需要准确和稳定的计量能力,而且还需要其具有一定电磁兼容抗干扰的能力。受干扰的计量设备容易造成计量数值的错误，因此需要保证计量设备在复杂环境下工作的稳定性。而且电力计量设备一般是由单片机、电子元器件组成,这些设备非常容易受到强电磁环境的影响而不能正常工作,或出现稳定性下降等问题。所以电力系统的计量设备在应用之前必须经过电磁兼容性能的测试。

电力系统的电力计量设备在设计时需要考虑复杂环境的适应问题，在电磁兼容领域有辐射抗扰度、传导抗扰度、工频磁场、电快速脉冲群、电压跌落等测试，辐射抗扰度试验作为主要的试验项目来评价电能表的电磁兼容等级，由于辐射抗扰度测试必须要在电波暗室内进行，它的测试方法非常严格，设备的选择也具有局限性。

国内在电子产品的电磁兼容测试有相关经验和标准可寻,国内的电磁兼容测试方法形成了一套相对比较完善的、实用的电磁兼容检测体系。但在高压设备的电磁兼容领域还处于研究初步阶段。国内外对于高压计量类产品并无电磁兼容相关标准和方法。目前国内对于复杂电磁环境下高压智能电网设备运行状态下的辐射抗扰度测试系统的研究还处于起步阶段，在电力高压领域的电磁兼容测试一直属于行业的空白领域，由于高压线路和设备的电磁环境更为复杂，现阶段还未涉及到将高压设备接入电波暗室内进行测试的案例，其所需要的高压环境及高压整体电磁兼容试验装置及方法没有统一的标准及成熟的试验平台。

因此，有必要设计一套针对高压智能电网电力设备电磁兼容性能测试的系统及相关设备，填补高压领域无法进行电磁兼容测试的空白，同时提高高压计量设备准确性及可靠性来保障电网的稳定运行。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中缺乏高压电磁兼容性检测设备的缺陷，提供一种适用于高压计量设备的辐射抗扰度电磁兼容测试系统及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种适用于高压计量设备的辐射抗扰度电磁兼容测试系统，包括设置在控制室内的上位机和路由器，以及设置在电波暗室内的发射天线和高压计量设备，该系统还包括通过无线连接的方式并联在路由器与高压计量设备之间的高压输出系统和辐射抗扰度测试系统，其中：

上位机为测试用计算机，用于上位机通过控制软件一方面能够控制低压部分信号源、功率放大器、射频开关、功率计、发射天线的输出，另一方面能够控制高压输出系统进行高压环境的输出，为高压计量设备提供测试所需的电磁环境和电源环境，同时通过高压计量设备的校准系统对比标准数据和测试结果；

高压输出系统包括依次相连的信号发生器、稳压稳流器、升压升流器和校准系统，升压升流器的输出端与高压计量设备的一个输入端相连，高压计量设备的输出端与校准系统相连；信号发生器为调频调幅调相数字信号发生器，稳压稳流器将信号发生器输入的电压电流信号进行功率放大，升压升流器将输送过来的电压信号通过高压升压器输出高压电压信号，电流信号通过高压升流器输出大电流信号，校准系统用于对信号进行对比和校准；

辐射抗扰度测试系统包括依次相连的信号源、功率放大器、功率计和射频开关，射频开关的输出端通过发射天线与高压计量设备的另一个输入端相连；信号源用于提供射频信号；功率放大器将射频信号进行放大处理；功率计和射频开关控制射频信号的输出；发射天线布置在电波暗室内进行电磁波的发射。

进一步地，本发明的上位机为测试用计算机能够展示和监控试验数据，能够进行试验流程初始化设置、测试设备参数设置、数据库管理、信息查询、保存和打印试验报告各种信息与校验结果的显示。

进一步地，本发明的校准系统包括电压互感器、电流互感器和标准计量设备，高压计量设备的输出端通过电压互感器和电流互感器与标准计量设备相连。

进一步地，本发明的高压计量设备为高压被试试品，电压等级为10KV，包括高压电能表、高压互感器和高压计量箱。

进一步地，本发明的辐射抗扰度测试系统的信号源、功率放大器、功率计和射频开关之间通过GBIP总线连接。

进一步地，本发明的信号发生器为6路调频调幅调相数字信号发生器，分成3路分别通过同轴电缆与稳压稳流器相连。

进一步地，本发明的高压输出系统通过高压滤波器与电波暗室内的高压计量设备相连。

本发明提供一种适用于高压计量设备的辐射抗扰度电磁兼容测试方法，包括以下步骤：

S1、试验开始前应检查高压计量设备电磁兼容测试系统接线是否正确，所有设备电源是否接入良好，接地系统是否正常；

S2、操作人员校准电波暗室场地及设备参数；

S3、操作人员将校准后的设备参数导入系统；

S4、操作人员通过上位系统设置测试参数；

S5、开始测试：

上位系统通过控制软件发出命令，高压输出系统先启动，信号发生器通过调频调幅调相产生6路数字正弦波数字信号分3路发送给稳压稳流器，稳压稳流器通过设置限流限压措施并将信号进行放大处理，升压升流器将稳压稳流器输送来的低电压和小电流信号通过升压器和升流器放大输出高压信号；高压信号通过滤波器进入电波暗室将稳定的高压信号传输给高压计量设备；校准系统将高压计量设备的高电压通过电压互感器降低为低电压，高电流通过电流互感器降低为小电流，并通过标准计量设备对比数据，将数据通过路由器将测试结果返回给上位机，上位机得到高压计量设备正常运行的信号后，启动辐射抗扰度测试系统，低压部分再启动，信号源发射规定值的场强信号经过功率放大器进行放大处理，最后经过电波暗室内通过发射天线发射规定值的电磁波；整套辐射抗扰度测试系统提供1-30V/m的干扰场强，高压计量设备在规定的电磁场强下进行工作；

S6、对比测试数据：

试验过程中，上位系统将校准系统提供的数据与高压计量设备的测试数据进行不断对比，完成试验结果的判定。

本发明产生的有益效果是：本发明的适用于高压计量设备的辐射抗扰度电磁兼容测试系统及方法，其高压输出系统和辐射抗扰度测试系统通过无线的方式连接，大大提高了检测的便捷性；通过高压输出系统的稳压稳流器将输入的电压电流进行功率放大，并通过校准系统进行对比检测，提高了检测的准确性；通过辐射抗扰度测试系统对高压计量设备的辐射抗扰度进行测试，大大提高了高压计量设备准确性及可靠性，保障了高压电网的稳定运行。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的高压计量系统辐射抗扰度系统框图；

图2是本发明实施例的辐射抗扰度系统框图；

图3是本发明实施例的高压输出系统示意图；

图4是本发明实施例的发明实例提供的系统示意图；

图5是本发明实施例的高压计量系统辐射抗扰度系统流程图；

图6是本发明实施例的场地校准示意图；

图7是本发明实施例的场地校准数值表。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例的适用于高压计量设备的辐射抗扰度电磁兼容测试系统，包括设置在控制室内的上位机和路由器，以及设置在电波暗室内的发射天线和高压计量设备，该系统还包括通过无线连接的方式并联在路由器与高压计量设备之间的高压输出系统和辐射抗扰度测试系统，其中：

上位机为测试用计算机，用于上位机通过控制软件一方面能够控制低压部分信号源、功率放大器、射频开关、功率计、发射天线的输出，另一方面能够控制高压输出系统进行高压环境的输出，为高压计量设备提供测试所需的电磁环境和电源环境，同时通过高压计量设备的校准系统对比标准数据和测试结果；

高压输出系统包括依次相连的信号发生器、稳压稳流器、升压升流器和校准系统，升压升流器的输出端与高压计量设备的一个输入端相连，高压计量设备的输出端与校准系统相连；信号发生器为调频调幅调相数字信号发生器，稳压稳流器将信号发生器输入的电压电流信号进行功率放大，升压升流器将输送过来的电压信号通过高压升压器输出高压电压信号，电流信号通过高压升流器输出大电流信号，校准系统用于对信号进行对比和校准；

辐射抗扰度测试系统包括依次相连的信号源、功率放大器、功率计和射频开关，射频开关的输出端通过发射天线与高压计量设备的另一个输入端相连；信号源用于提供射频信号；功率放大器将射频信号进行放大处理；功率计和射频开关控制射频信号的输出；发射天线布置在电波暗室内进行电磁波的发射。

校准系统包括电压互感器、电流互感器和标准计量设备，高压计量设备的输出端通过电压互感器和电流互感器与标准计量设备相连。高压计量设备为高压被试试品，电压等级为10KV，包括高压电能表、高压互感器和高压计量箱。辐射抗扰度测试系统的信号源、功率放大器、功率计和射频开关之间通过GBIP总线连接。信号发生器为6路调频调幅调相数字信号发生器，分成3路分别通过同轴电缆与稳压稳流器相连。高压输出系统通过高压滤波器与电波暗室内的高压计量设备相连。

在本发明的另一个具体实施例中，该系统能够为高压计量设备进行辐射抗扰度电磁兼容项目的测试。该系统包括：上位机、路由器、信号源、功率放大器、功率计、射频开关、发射天线、高压输出系统、校准系统和高压计量设备。所述的辐射抗扰度电磁兼容测试系统能够提供80k-4G的射频连续波信号和1-30V/m的干扰场强。所述的高压计量设备的电压等级为10kV，所述的发射天线与高压计量设备布置在电波暗室内。

上位机为测试计算机，通过路由器连接测试设备，测试计算机能够展示和监控试验数据，能够进行试验过程的初始化设置、统计和分析试验数据、保存和打印试验报告等。上位机通过控制软件一方面能够控制低压部分信号源、功率放大器、射频开关、功率计、发射天线的输出，另一方面能够控制高压输出系统中的信号发生器、稳压稳流器、升压升流器保证高压环境的输出，为高压计量设备提供测试所需的电磁环境和电源环境。

信号源、功率放大器、功率计、射频开关通过GBIP总线进行连接和数据传输，信号源用于提供射频信号；功率放大器将射频信号进行放大处理；功率计和射频开关控制射频信号的输出；发射天线布置在电波暗室内进行电磁波的发射。

高压输出系统包括信号发生器、稳压稳流器、升压升流器。信号发生器为6路调频调幅调相数字信号发生器，稳压稳流器将信号发生器输入的电压电流信号进行功率放大，升压升流器将输送过来的电压信号通过高压升压器输出高电压信号，电流信号通过升流器输出大电流信号。校准系统为标准电流互感器、标准电压互感器和标准计量设备组成，高压输出系统通过高压滤波器接入电波暗室内连接高压计量设备，为高压计量设备提供供电电源，同时通过校准系统对比试验结果。

如图1所示，上位机通过网络端口与路由器相连，路由器通过网络端口连接辐射抗扰度测试系统和信号发生器等高压输出系统，上位机通过控制软件控制高压输出设备及辐射抗扰度测试系统，同时接收校准系统返回的测试结果。

如图2所示，辐射抗扰度测试系统包括：信号源、功率放大器、射频开关、功率计、发射天线，信号源、功率放大器、射频开关、功率计、发射天线通过GBIP线并联，信号源通过同轴电缆串联射频开关，将设定好电磁波信号发送给射频开关，射频开关通过同轴电缆串联功率放大器，通过功率放大器的作用将电磁波信号进行倍数放大，功率计记录功率放大器的前向功率与反向功率值，最后进入电波暗室内通过发射天线发射1-30V/m的电磁波信号。

如图3所示，高压输出系统包括：信号发生器、稳压稳流器、升压升流器组成。信号发生器为6路调频调幅调相数字信号发生器，分成3路分别通过同轴电缆发送给稳压稳流器，稳压稳流器将信号进行放大处理，升压升流器将输送过来的电压信号通过高压升压器输出高电压信号，电流信号通过高压升流器输出大电流信号。高压输出系统通过高压滤波器接入电波暗室内连接高压计量设备，为高压计量设备提供供电电源，同时通过校准系统将高电压、大电流变换成标准电压和电流与标准计量设备进行比较。

如图4所示，上位系统通过控制软件发出命令，高压输出系统先启动，校准系统启动工作，信号发生器通过调频调幅调相产生6路数字正弦波数字信号发送给稳压稳流器，稳压稳流器通过设置限流限压措施并将信号进行放大处理，升压升流器将稳压稳流器输送来的低电压和电流信号通过升压器和升流器放大输出高电压和大电流信号。高压和大电流信号通过滤波器进入电波暗室将稳定的信号传输给高压计量设备。校准系统将高压计量设备的高电压通过电压互感器降低为低电压，高电流通过电流互感器降低为小电流，并通过标准计量设备对比数据，将数据通过路由器将测试结果返回给上位机，上位机得到高压计量设备正常运行的信号后，启动辐射抗扰度测试系统，低压部分再启动，信号源发射规定值的场强信号经过功率放大器进行放大处理，最后经过电波暗室内通过发射天线发射规定值的电磁波。整套辐射抗扰度测试系统提供1-30V/m的干扰场强，高压计量设备在规定的电磁场强下进行工作。试验过程中，上位系统将校准系统中提供的数据与高压计量设备的测试数据进行不断对比，完成试验结果的判定。

如图5所示，本发明实施例的适用于高压计量设备的辐射抗扰度电磁兼容测试方法，包括以下步骤：

S1、试验开始前应检查高压计量设备电磁兼容测试系统接线是否正确，所有设备电源是否接入良好，接地系统是否正常；

S2、操作人员校准电波暗室场地及设备参数；

S3、操作人员将校准后的设备参数导入系统；

S4、操作人员通过上位系统设置测试参数；

S5、开始测试：

上位系统通过控制软件发出命令，高压输出系统先启动，信号发生器通过调频调幅调相产生6路数字正弦波数字信号分3路发送给稳压稳流器，稳压稳流器通过设置限流限压措施并将信号进行放大处理，升压升流器将稳压稳流器输送来的低电压和小电流信号通过升压器和升流器放大输出高压信号；高压信号通过滤波器进入电波暗室将稳定的高压信号传输给高压计量设备；校准系统将高压计量设备的高电压通过电压互感器降低为低电压，高电流通过电流互感器降低为小电流，并通过标准计量设备对比数据，将数据通过路由器将测试结果返回给上位机，上位机得到高压计量设备正常运行的信号后，启动辐射抗扰度测试系统，低压部分再启动，信号源发射规定值的场强信号经过功率放大器进行放大处理，最后经过电波暗室内通过发射天线发射规定值的电磁波；整套辐射抗扰度测试系统提供1-30V/m的干扰场强，高压计量设备在规定的电磁场强下进行工作；

S6、对比测试数据：

试验过程中，上位系统将校准系统提供的数据与高压计量设备的测试数据进行不断对比，完成试验结果的判定。

在本发明的另一个具体实施例中，该方法具体包括：

(1)试验前准备：

试验开始前应检查高压计量设备电磁兼容测试系统接线是否正确，所有设备电源是否接入良好，接地系统是否正常。

(2)操作人员校准电波暗室场地及设备参数。

校准步骤：场地的校准布置如图6所示。

a)将场强探头设备布置在如图6所示的16个点上，从任意一个点开始；

b)操作上位机施加正向功率至发射天线，使该区域获得的场强在3V/m至10V/m范围内，然后以起始频率1％的步长在整个频率范围内保存场强和功率值；

c)重复其余15个校准参考点；

d)将16个前向功率值按升序排列，从最大值开始，检查是否还有至少11个点的功率值在-6dB～0dB范围内；

e)如果至少有12个点的读数在6dB范围内，则记录最大前向功率值作为均匀长的前向功率，如图7所示；

f)前向功率与反向功率的比值确定电压驻波比即场地反射系统的大小；

g)将上位机记录的设备参数保存到文件中。

(3)操作人员将校准后的设备参数导入系统。

(4)操作人员通过上位系统设置测试参数。

(5)开始测试：

上位系统通过控制软件发出命令，高压系统先启动，校准系统启动工作，检查高压计量设备是否正常工作，如果设备状态异常上位机报警，重新检查并等待上位机发出指令，检查工作完成，辐射抗扰度系统工作，校准系统将标准值和测量值返回到上位机系统。

(6)打印报告：

上位系统将校准系统中提供的数据与高压计量设备的测试数据进行不断对比，完成试验结果的判定。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种适用于高压计量设备的辐射抗扰度电磁兼容测试方法，其特征在于，通过适用于高压计量设备的辐射抗扰度电磁兼容测试系统实现，该系统包括设置在控制室内的上位机和路由器，以及设置在电波暗室内的发射天线和高压计量设备，该系统还包括通过无线连接的方式并联在路由器与高压计量设备之间的高压输出系统和辐射抗扰度测试系统，其中：

上位机为测试用计算机，用于上位机通过控制软件一方面能够控制低压部分信号源、功率放大器、射频开关、功率计、发射天线的输出，另一方面能够控制高压输出系统进行高压环境的输出，为高压计量设备提供测试所需的电磁环境和电源环境，同时通过高压计量设备的校准系统对比标准数据和测试结果；

高压输出系统包括依次相连的信号发生器、稳压稳流器、升压升流器和校准系统，升压升流器的输出端与高压计量设备的一个输入端相连，高压计量设备的输出端与校准系统相连；信号发生器为调频调幅调相数字信号发生器，稳压稳流器将信号发生器输入的电压电流信号进行功率放大，升压升流器将输送过来的电压信号通过高压升压器输出高压电压信号，电流信号通过高压升流器输出大电流信号，校准系统用于对信号进行对比和校准；

辐射抗扰度测试系统包括依次相连的信号源、功率放大器、功率计和射频开关，射频开关的输出端通过发射天线与高压计量设备的另一个输入端相连；信号源用于提供射频信号；功率放大器将射频信号进行放大处理；功率计和射频开关控制射频信号的输出；发射天线布置在电波暗室内进行电磁波的发射；

该方法包括以下步骤：

S1、试验开始前应检查高压计量设备电磁兼容测试系统接线是否正确，所有设备电源是否接入良好，接地系统是否正常；

S2、操作人员校准电波暗室场地及设备参数；

S3、操作人员将校准后的设备参数导入系统；

S4、操作人员通过上位系统设置测试参数；

S5、开始测试：

上位系统通过控制软件发出命令，高压输出系统先启动，信号发生器通过调频调幅调相产生6路数字正弦波数字信号分3路发送给稳压稳流器，稳压稳流器通过设置限流限压措施并将信号进行放大处理，升压升流器将稳压稳流器输送来的低电压和小电流信号通过升压器和升流器放大输出高压信号；高压信号通过滤波器进入电波暗室将稳定的高压信号传输给高压计量设备；校准系统将高压计量设备的高电压通过电压互感器降低为低电压，高电流通过电流互感器降低为小电流，并通过标准计量设备对比数据，将数据通过路由器将测试结果返回给上位机，上位机得到高压计量设备正常运行的信号后，启动辐射抗扰度测试系统，低压部分再启动，信号源发射规定值的场强信号经过功率放大器进行放大处理，最后经过电波暗室内通过发射天线发射规定值的电磁波；整套辐射抗扰度测试系统提供1-30V/m的干扰场强，高压计量设备在规定的电磁场强下进行工作；

S6、对比测试数据：

试验过程中，上位系统将校准系统提供的数据与高压计量设备的测试数据进行不断对比，完成试验结果的判定；

上位机为测试用计算机能够展示和监控试验数据，能够进行试验流程初始化设置、测试设备参数设置、数据库管理、信息查询、保存和打印试验报告各种信息与校验结果的显示；

校准系统包括电压互感器、电流互感器和标准计量设备，高压计量设备的输出端通过电压互感器和电流互感器与标准计量设备相连；

高压计量设备为高压被试试品，电压等级为10KV，包括高压电能表、高压互感器和高压计量箱；

辐射抗扰度测试系统的信号源、功率放大器、功率计和射频开关之间通过GBIP总线连接；

信号发生器为6路调频调幅调相数字信号发生器，分成3路分别通过同轴电缆与稳压稳流器相连；

高压输出系统通过高压滤波器与电波暗室内的高压计量设备相连。