广东省东莞市标检产品检测有限公司 523770
摘要: 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验（以下简称抗扰度试验）对于电子式电能表（以下简称电子表）来说，是电磁兼容性必不可少的。若该检测项目不合格，将直接影响电子表的质量，导致电子表少计或不计电能，使电子表计量不准确。本文阐述了电子表电快速瞬变脉冲群抗扰度试验的基本原理，探讨了试验中遇到的问题，并制定了有效的解决方法。
关键词： 电快速瞬变脉冲群; 抗扰度试验；对策
随着技术的发展，电力系统设备的数量、种类与日俱增，性能也不断提高，向高频率、宽频带、高集成度、高可靠性、高精度和高灵敏度方向发展。 其继电保护和控制装置大多为计算机实现，并趋于小型紧凑化、智能集成化、功率降低化、功能一体化，对它们的抗干扰性能提出了新的挑战，电磁干扰的问题越来越复杂，现已成为电力系统继电保护装置正常工作的关键技术之一。
1.电磁兼容（ EMC )
电磁兼容（ EMC ）的研究对象就是电磁干扰。国际电工技术委员会对电磁兼容的定义是在不损害信号所含信息的条件下，信号和干扰能够共存的能力。可理解为装置或系统在其预定的场所运行时，具有既不受周围电磁环境影响，也不影响周围环境、又不发生性能恶化和误动作，而能按设计要求正常工作的能力。
2.电快速瞬变脉冲群 (EFT) 干扰
（1）电快速瞬变脉冲群简称EFT，脉冲群持续时间为15ms，脉冲群间隔为300ms，单脉冲宽度为50ns，脉冲上升沿为5ns，脉冲重复率为2.5kHz。
（2）开关断开电感负载时产生反电势。反电势向寄生电容充电，随着充电电压的升高，开关断开处出现击穿现象，共用此电源的其它电路或装置将受到该脉冲电压的影响，这就是EFT形成的原因。
（1）EFT的特点:脉冲成群出现，重复频率高，单个脉冲的上升时间短暂、能量较小，一般不会造成设备损坏，但脉冲群会对装置中半导体器件结电容充电，当结电容能量积累到一定程度，便会引起装置误动作。对地电容是EFT的一个主要传播途径，属共模干扰，是EMC抗扰性试验容易出现的问题。EFT电压的大小取决于负载电路的电感、负载断开速度和介质的耐受能力。
3. EFT 试验
电快速瞬变干扰发生器采用 PEFT4010 装置(如图 1 所示)。
（1）被试装置由单片机ATmega16构成微机保护(插件式)，能同时对三相输入电压进行采样监控，面板上的数码管循环显示当前各相电压计算值。保护电压动作值、动作时间可整定于E2PROM中。保护动作后启动面板上的信号灯并作用于继电器出口，提供4付接点输出。
（2）在被试装置的以下3个回路中分别加入最高幅值为4 kV 的 EFT; 电源输入回路; 交流电压输入回路; 继电器的开关量输出回路。
（3）每次试验过程出现的异常现象: 面板上数码管出现乱码、信号灯无规律闪动; 继电器发出误动作的声音; 试验后装置的整定值发生改变。
3. 对策
插件内无抗干扰的元器件，其电源回路、电压滤波回路、继电器输出回路设置在PCB板上，而主芯片ATmega16及数码管、信号灯、按键等设置在面板上部，面板和底板之间采用长15cm的扁平电缆数据线跳接。直流电源输入、交流电压输入、继电器的输出设置在面板下方的凤凰端子上。
（1）电源输入回路
220V直流电源直接连接到插件上逆变电源模块，插件背面电源走线长达24cm。为了将EFT抑制在印制板外，可在电源回路的开始端绕接一长3cm、外径1.5cm、内径1cm的铁氧体磁环，绕线匝数定为3匝。磁环内外径差越大、轴向越长、磁环内径越抱紧导线，其高频阻抗就越大。磁环上绕线匝数不宜过多，否则会在绕线间形成寄生电容，导致高频阻抗降低而利于干扰窜入。
（2）交流输入回路
交流电压经过面板的凤凰端子直接进入印制板上的小型电压互感器，接着就是常规低通滤波，最后输入单片机ATmega16的PA口。可在电压互感器原边并接一个高频电容、串接一个电感线圈来抑制EFT干扰。
（3）开关量输出回路
EFT会从继电器输出接点耦合到线圈侧，从而进入插件的弱电回路，导致数据出错而误动作。可在继电器的线圈侧（24V）处加装磁环和去耦电容。
（4）采用软件技术
经过试验，如果将该装置的软件加入短延时25ms再动作出口．也可躲过EFT干扰的影响．但此方法对本快速保护是不允许的，不予采用。
针对以上环节，经过整改完善后发现非常有效果，但3个回路的3个异常现象偶有出现。
（5）空间辐射干扰波形
EFT含有极其丰富的高频成分，试验时幅值高达4kV，其空间辐射能量必然较大。将PEFT4010装置的干扰信号输出端水平引出1m的导线，拉直后放置于离参考地平面10cm的木块上，输出4kV（2.5kHz）干扰脉冲，用示波器记录导线顶端水平5cm处，空间辐射对地电压高达77.6V，波形如图1所示。
（6）插件内部辐射干扰波形
直流220V电源回路加入4kV的EFT，位于插件中间的扁平电缆接口处，空间辐射对地电压高达127.0V，波形如图2所示。
（7）针对空间干扰的整改
波形表明EFT干扰的空间辐射能量确实不小，对扁平电缆数据线必有很大的干扰。对元器件布置重新设计，将原扁平电缆数据线的接口向面板靠拢而缩短其长度，同时将扁平电缆及面板上的单片机回路用金属挡板屏蔽并接地。最后将整个插件外部加装一块屏蔽金属壳并接地。修改后的验证：
屏蔽金属框内扁平电缆 （长度为 5 cm）处的空间辐射对地电压高达 40.8 V ，波形如图 3 所示。
插件外再加金属外壳并接地， 扁平电缆处的空间辐射对地电压高达 24.0 V ，波形如图 4 所示。
最终多次试验的结果为：各回路施加4级EFT干扰过程中，被试插件在加入90％动作值的交流量电压时不误动，在加入110％动作值的交流量电压时不拒动。试验过程中及试验后，被试插件均运行正常，本项试验结论为合格。
结语；
本文提出了一种系统地准确建立EFT/B抗扰度试验发生器等效电路的方法。基于分析得到的EFT波形解析式，在网络综合部分，实现了EFT/B发生器等效电路建模的参数化，满足不同厂商仪器的建模需求。整个建模过程体现了新版IEC标准对发生器的校准要求，并在单脉冲基础上进一步实现了连续脉冲信号的输出。以I/O端口单根信号线与标准耦合夹的耦合情况为例进行了试验，仿真与测量结果的对比验证了本文提出的发生器等效电路建模方法的合理性。
参考文献；
（1）电快速瞬变_脉冲群抗扰度试验及对策_张晓东
（2）电快速瞬变脉冲群抗扰度的不确定度评定方法_吴玲
（3）电快速瞬变脉冲群抗扰度试验_丁丁
（4）电快速瞬变脉冲群抗扰度试验发生器的建模_翟小社
（5）电快速瞬变脉冲群抗扰度试验及对策_张晓东
（6）电子式电能表的电快速瞬变脉冲群抗扰度试验方法的改进_顾臻
（7）电子式电能表电快速瞬变脉冲群抗扰度试验方法探讨_刘慧敏
论文作者:何荣成,冯德胜
论文发表刊物:《基层建设》2016年30期
论文发表时间:2017/1/11
标签：脉冲论文; 回路论文; 电压论文; 干扰论文; 快速论文; 波形论文; 插件论文; 《基层建设》2016年30期论文;