電壓暫降耐受特性測試方法

1、 目錄1、典型設(shè)備暫降敏感特性的再認識2、已開展的試驗研究及總結(jié)3、通用性測試方案建議4、變頻器暫降耐受特性測試規(guī)程建議5、展望與討論一、典型設(shè)備暫降敏感特性的再認識隨著設(shè)備制造工藝改進與功能更新，典型敏感設(shè)備的暫降耐受特性會發(fā)生改變。然而，目前國內(nèi)外很少針對新一代典型設(shè)備的暫降敏感特性開展實驗研究，仍在直接或間接引用過時的實驗數(shù)據(jù)產(chǎn)生結(jié)論和作為相關(guān)研究的基礎(chǔ)。以文獻1為例說明問題。作者以四類典型設(shè)備（PLC、PC、ASD、ACContactor）的已有暫降耐受數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)研究設(shè)備故障率評估方法，其成果近期將發(fā)表。就其方法論而言可行。但是將作者引用的2006年之前的設(shè)備暫降耐受范圍與我們獲得的目

2、前設(shè)備暫降耐受范圍對比發(fā)現(xiàn)，兩者存在著明顯差別，如圖(a)、圖(b)所示。因此，文獻1中設(shè)備故障率評估結(jié)果的可信度值得商榷。也就是說，引用典型設(shè)備過時的暫降數(shù)據(jù)做分析，可能導致研究結(jié)果產(chǎn)生較大偏差甚至得出錯誤性結(jié)論。近些年，電壓暫降問題越來越嚴重的另一個原因是暫降敏感設(shè)備的種類在增加。最為傳統(tǒng)的典型敏感設(shè)備有PC、PLC、ASD以及ACContactor四類，隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)低壓脫扣器、開關(guān)電源、照明燈具、大型液晶顯示屏等均會受到電壓暫降事件的影響，其高敏感度及低免疫能力不容小覷。目前暫降敏感設(shè)備的研究主要集中在敏感特性曲線與設(shè)備故障率評估方法上，而敏感設(shè)備的暫降兼容性問題缺乏關(guān)注。為了明

3、確敏感設(shè)備對不確定區(qū)域內(nèi)的電壓暫降事件的反應(yīng)情況，應(yīng)使其兼容性的界定條件逐漸清晰和規(guī)范。二、已開展的實驗研究及結(jié)論影響敏感設(shè)備暫降耐受特性的因素很多，視角也不同，包括系統(tǒng)側(cè)和設(shè)備側(cè)等（如下表所示）。根據(jù)設(shè)備對某一因素的敏感程度，選擇敏感程度較大的影響因素作為測試主項目進行試驗。對于三相設(shè)備，如變頻器等，還需按照暫降類型對其耐受特性的影響大小進行。（二）試驗結(jié)論交流接觸器：選取國內(nèi)外4個主流品牌的三相交流接觸器進行了試驗研究，其主觸頭額定電流為63A65A,線圈電壓為220V，額定頻率為50Hz。暫降的起始點對于交流接觸器的耐受度曲線有較大的影響，其關(guān)系近似滿足四分之一對稱性。交流接觸器對于0&

4、#176;起始點下電壓暫降的敏感度最低，且殘壓越大，持續(xù)時間越短；對于90°起始點下電壓暫降的敏感度最高，且殘壓越大，持續(xù)時間越長。（二）試驗結(jié)論交流接觸器：綜合多種品牌接觸器的耐受特性曲線，找出不同測試項目下交流接觸器的最大持續(xù)時間和最小持續(xù)時間，可以得到其耐受度曲線的上下限。交流接觸器耐受度曲線的上限是交流接觸器敏感度最高的耐受度曲線，下限是交流接觸器敏感度最低的耐受度曲線。給出交流接觸器耐受曲線上下限是一種極端的體現(xiàn)，可以從一個側(cè)面反映一類接觸器的整體耐受特性。變頻器：選取4個主流國內(nèi)外品牌的變頻器進行了試驗研究，其電壓等級為400V，額定功率為18.5kW。負載的工作條件：不

5、同轉(zhuǎn)矩、不同轉(zhuǎn)速和暫降類型對變頻器的暫降耐受特性影響較大。電機轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速越大，變頻器供電接口對暫降的耐受能力越弱；變頻器對三相對稱暫降最為敏感，對兩相和單相的暫降敏感度較弱；某些廠家的變頻器對單相暫降的耐受特性比兩相暫降弱，因為單相暫降會觸發(fā)缺相保護使其跳閘，而兩相暫降不會發(fā)生這種情況。變頻器：暫降事件前供電電壓主要影響變頻器耐受曲線的時間臨界值，隨著差值增大，變頻器耐受特性的時間臨界值也越大，變頻器的暫降耐受能力表現(xiàn)的越強。綜合多種品牌的變頻器在不同測試項目下的耐受特性曲線（暫降類型為TypeIII），找到變頻器耐受曲線的上下限，能夠一定程度上反映所測試變頻器的整體耐受特性。（二）試驗結(jié)論可

6、編程控制器：(圖中P1P4均為國外品牌，其中P3和P4是同一品牌；P5是國內(nèi)品牌）目前PLC具有較寬的供電電壓范圍（額定電壓為AC100-240V，±15%波動）。當電壓為220V時，多數(shù)PLCs電壓暫降敏感度差別不大；與歷史數(shù)據(jù)對比可見，當前的PLC暫降耐受性有明顯提高；實驗證明，不同電源電壓下同一試品暫降耐受性能差別明顯（見右圖）。因此，國外的PLC暫降實驗結(jié)論不一定適用于國內(nèi)情況；電壓暫降的起始點、暫降起始區(qū)段的高頻振蕩、多重暫降等對PLC暫降耐受性能幾乎無影響，而暫降事件中的奇次諧波、供電電壓的高低、多重暫降以及直流側(cè)儲能大小等對其影響較大。三、通用性測試方案建議（一）技術(shù)指

7、導原則安全性試驗不能導致設(shè)備損壞、功能丟失、性能降低有效性從用戶角度出發(fā)，試驗得到的結(jié)果能表征設(shè)備真實電壓暫降耐受特性適用性所給出的測試方法以及測試流程，適用于指導所有電壓暫降敏感負荷的測試工作經(jīng)濟性基于研究性測試結(jié)果，抓住測試重心，減少測試工作量安全性是必要條件，適用性是應(yīng)有之義，經(jīng)濟性與有效性相互配合。三）測試項目測試項目分類將測試項目分為系統(tǒng)側(cè)（電網(wǎng)、廠用電）項目以及設(shè)備側(cè)（供電、用電）項目。系統(tǒng)側(cè)項目：各類電壓暫降特征量，包括電壓暫降類型、暫降分割法各個區(qū)段參數(shù)等。設(shè)備側(cè)項目：終端用電設(shè)備自身的工作方式、運行特性等相關(guān)項目，如負荷類型、負荷功率控制策略、保護策略等。測試項目篩選結(jié)合設(shè)備

8、特性描述、機理分析以及已有指標參數(shù)對測試項目進行相應(yīng)調(diào)整。設(shè)備自身特性，如IEEEP1668推薦的暫降類型包括TypeIII、TypeII以及TypeI，三相設(shè)備需要考慮TypeIII以及TypeII暫降類型的影響；機理分析結(jié)論可用于指導測試項目的制定，如交流接觸器對電壓暫降起始點、相位跳變很敏感，應(yīng)側(cè)重研究；已有試驗在總結(jié)與提升后，可以補充機理分析缺失的情況，如大量試驗得出相位對不可控整流ASD的影響較小，可以刪除該項目的測試。（三）測試項目暫降分割法的描述C4.110提出的暫降分割法是將電壓暫降事件分割成不同時段的特性分析方法符合現(xiàn)實，有其廣泛適用性暫降分割法的參數(shù)包括各個區(qū)段的一些描述量

9、，如幅值、諧波含量、相角、頻率等。還包括各區(qū)段自身特性，如暫降下降斜度、恢復速率等。這對電壓暫降標準發(fā)生器提出了一定要求！宣稱符合多種電磁兼容標準(IEC61000-4-13,4-14,4-27,4-28)，且能進行多種標準所規(guī)定測試（IEC61000-4-11,4-29,4-34等）。（四）通用測試平臺典型敏感設(shè)備電壓暫降耐受度測試平臺在圖中，1）擾動發(fā)生源滿足可通過上位機編輯各類擾動波形并輸出的基本要求，如Chroma61860、MX45等；2）負載電路視被測設(shè)備而定，若將負載大小作為測試因素，應(yīng)使用可變負載；3）試驗數(shù)據(jù)采集裝置主要有示波器或錄波儀、電流鉗表、萬用表等，采集量包括被測設(shè)備

10、與負載電壓、電流波形、被測設(shè)備運行狀態(tài)、消耗功率等。測試方法：利用上位機控制擾動發(fā)生源輸出不同的電壓暫降事件，記錄設(shè)備是否故障，試探法找到被測設(shè)備故障的臨界暫降幅值和持續(xù)時間，作為耐受曲線的依據(jù)?；蛘呓o定電壓暫降事件的某個變量，如電壓暫降幅值，檢測被測設(shè)備故障時間點，提取設(shè)備電壓暫降耐受時間。（五）測試數(shù)據(jù)處理利用數(shù)據(jù)分析軟件（EXCEL、MATLAB等）對試驗數(shù)據(jù)進行處理、數(shù)據(jù)曲線繪制和對比分析，然后整理分析并形成結(jié)論文檔。設(shè)備電壓暫降耐受特性測試結(jié)果描述主要有兩類：一類是以耐受度曲線或耐受度曲線的不確定區(qū)域表示；另一類是以分散測試點（采樣點）的設(shè)備耐受情況表示。測試（采樣）間隔應(yīng)基于經(jīng)濟性

11、和有效性，根據(jù)設(shè)備特性合理分配對于臨界耐受判據(jù)的選擇，根據(jù)用戶需求進一步細化判據(jù)，推薦增加技術(shù)指標設(shè)定。技術(shù)指標設(shè)定主要考察設(shè)備及生產(chǎn)過程的運行參數(shù)，如以ASD的轉(zhuǎn)速不低于1000rpm為臨界耐受判據(jù)。不確定性設(shè)備對電壓暫降響應(yīng)有不確定性原因不同廠家設(shè)備的差異性設(shè)備特性隨環(huán)境、使用年限變化的改變測試誤差暫降發(fā)生的不確定性不確定性的現(xiàn)實存在，體現(xiàn)在結(jié)果上即耐受度曲線的不確定區(qū)域，對其把握需要在測試時進行多次重復性試驗，以尋找到相對穩(wěn)定的不確定區(qū)域。重復性試驗：增加重復試驗次數(shù)使結(jié)果差異顯著，但同時也增加了工作量，參照標準GB/T17626.11-2008規(guī)定，同一暫降項目至少重復進行3次。3次可

12、以作為一個較為合理的下限，在不確定較大時增加重復試驗次數(shù)。耐受不確定區(qū)域：邊界確定，區(qū)域內(nèi)故障概率在試驗量足夠大時，滿足一定的分布規(guī)律，此時不需要劃分設(shè)備的敏感度等級；若試驗量不夠，規(guī)律不清，劃分敏感等級是可行的方法。四、變頻器暫降耐受特性測試規(guī)程建議（一）測試平臺本測試平臺以發(fā)電機作為電動機的負載，即以電機對拖的形式將能量反饋回電網(wǎng)。試驗裝置：電壓擾動源、待測變頻器、電動機、發(fā)電機、回饋變頻器、扭矩傳感器、示波器等。其中，回饋變頻器應(yīng)采用全控器件整流，工作在能量回饋制動方式。試驗測量信號：待測變頻器三相輸入電壓UAI、UBI、UCI，三相輸入電流IAI、IBI、ICI，三相輸出電壓UAO、U

13、BO、UCO，三相輸出電流IAO、IBO、ICO，直流母線電壓UDC，電動機輸出電壓UAM、UBM、UCM，轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)矩T共15路信號。（二）測試項目測試項目篩選：若考慮到試驗工作量過大，可只對變頻器暫降敏感度影響較大的因素（負載轉(zhuǎn)矩、電機轉(zhuǎn)速和暫降類型）進行測試；低電壓和過電流保護閾值對用戶開放時，可對其進行測試；測試某一項目時，其余項目為默認狀態(tài)（轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速為額定值、保護和控制參數(shù)為出廠值、暫降類型為TypeIII、無諧波畸變）；測試諧波時3、5、7次諧波的比例為10:7:3，且相角均為0°。（三）測試方法基本方法：利用計算機控制擾動發(fā)生源輸出不同的短時中斷和電壓暫降事件，記錄設(shè)備

14、是否能耐受該擾動事件，逼近法找到被測設(shè)備臨界耐受的暫降幅值和持續(xù)時間，作為耐受曲線的依據(jù)。臨界耐受判據(jù)：故障跳閘、自恢復、根據(jù)用戶需求的細化判據(jù)。對于根據(jù)用戶需求細化的判據(jù)，如用戶要求轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩不得低于某一值，若低于此值，則認為設(shè)備不能耐受該暫降事件。用戶可根據(jù)自身需求選擇判據(jù)，變頻器跳閘或自恢復造成損失較嚴重的用戶，建議使用故障跳閘或自恢復判據(jù)；對轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩變化敏感的用戶，建議根據(jù)自身需求細化某工業(yè)過程量，作為臨界耐受判據(jù)。測試采樣間隔：由于變頻器耐受曲線大致呈矩形，測試的暫降幅值和持續(xù)時間采樣點建議集中在矩形的拐角處。根據(jù)IEEEP1668測試標準，短時中斷的持續(xù)時間測試起始值建議取0.5

15、s，暫降的持續(xù)時間測試點推薦為2s、1s、0.5s、0.2s、0.1s、0.05s，可根據(jù)實際情況調(diào)整；暫降幅值的測試起始值建議取變頻器的低壓保護閾值，若廠家對用戶保密，則可取低壓變頻器通常使用的保護閾值70%。（三）測試方法測試步驟：步驟1：設(shè)定臨界耐受判據(jù)，選擇測試項目；步驟2：設(shè)置短時中斷，持續(xù)時間由小增大，找到臨界耐受點a；步驟3：在持續(xù)時間分別為2s、1s、0.5s、0.2s、0.1s、0.05s（可根據(jù)實際情況調(diào)整）的情況下，設(shè)置電壓暫降幅值為x%（TypeI和TypeIII設(shè)置的是相電壓，TypeII設(shè)置的是線電壓），幅值從大到小，找到臨界故障點b、c、d、e、f、g。每個臨界耐受點應(yīng)重復測試至少3次，記錄試驗過程中的相關(guān)信號波形數(shù)據(jù)，測試完成后將所得的離散的臨界耐受點在VT平面上連接成線，可得變頻器的耐受曲線。五、展望與討論設(shè)計并建立耐受特性智慧通用測試平臺測試某一設(shè)備時，通過軟件控制，選擇導通該設(shè)備，旁路其他設(shè)備，選擇其對應(yīng)的負載以及是否需要回饋等等，無需再接線。測試平臺自動記錄數(shù)據(jù)波形，生成設(shè)備的耐受曲線，評估設(shè)備的耐受能力。臨界耐受判據(jù)需要進一步明確和規(guī)范判斷設(shè)備是否耐受某暫降事件的依據(jù)可以有設(shè)備故障、自恢復和細化的工業(yè)過程參數(shù)。從兼容性角度