電力直流電源裝置測試技術(shù)探討.doc

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電力直流電源裝置測試技術(shù)探討 杭州高特電子設備有限公司版權(quán)所有，嚴禁轉(zhuǎn)載或二次加工，謝謝！ 摘要 隨著電力用戶對直流電源系統(tǒng)的要求日益提高，對直流電源的穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度、紋波系數(shù)等性能參數(shù)也越來越關(guān)注，針對直流電源裝置的測試設備也已有很多廠家推出。但是由于直流電源相關(guān)標準中對測試設備的測試方法和實施技術(shù)并沒有非常明確的規(guī)定，到目前為止也沒有針對測試設備的行業(yè)標準，所以各個廠家，包括電力用戶，對測試方法的實施技術(shù)都有著各自的理解。本文針對直流電源相關(guān)標準的理解和測試技術(shù)做一些探討。 　　關(guān)鍵詞 直流電源標準 穩(wěn)壓精度 穩(wěn)流精度 紋波系數(shù) 　　一. 概述 　　2005年6月，國網(wǎng)公司針對國家電網(wǎng)安全運行情況，提出了《國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施》，其中規(guī)定： 　　13.2.1.1 新擴建或改造的變電站選用充電、浮充電裝置，應滿足穩(wěn)壓精度優(yōu)于0.5%、穩(wěn)流精度優(yōu)于1%、輸出電壓紋波系數(shù)不大于1%的技術(shù)要求。在用的充電、浮充電裝置如不滿足上述要求，應逐步更換。 　　13.2.1.2 應定期對充電、浮充電裝置進行全面檢查，校驗其穩(wěn)壓、穩(wěn)流精度和紋波系數(shù)，不符合要求的，應及時對其進行調(diào)整，以滿足要求。 　　第一次把對直流電源系統(tǒng)的定期檢查和校驗提到了安全反措的高度，并提出了整改要求。同時提出了具體的實施規(guī)范：《附件九：直流電源系統(tǒng)技術(shù)標準(附編制說明)2005》、《附件六：預防直流電源系統(tǒng)事故措施(附編制說明)2005》、《附件七：直流電源系統(tǒng)運行規(guī)范2005》等。 　　為了解決目前直流電源系統(tǒng)在變電站現(xiàn)場無法實施對技術(shù)參數(shù)的檢查和校驗的現(xiàn)狀，很多儀器設備制造廠家開發(fā)了能夠現(xiàn)場測試直流電源參數(shù)的直流電源或充電機的測試儀器。 　　但是，由于各自對參數(shù)的定義和標準的理解不一致，導致了測試方法和技術(shù)的各式各樣，千差萬別。 　　二. 標準的定義和理解 　　在目前電力直流電源的標準中，主要的依據(jù)標準是：DL/724-2000《電力系統(tǒng)用蓄電池直流電源裝置運行與維護技術(shù)規(guī)程》，GB/T19826-2005《電力工程直流電源設備通用技術(shù)條件及安全要求》和DL-459-2000《電力系統(tǒng)直流柜訂貨技術(shù)條件》，都對穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度和紋波系數(shù)作了定義，也提出了測試方法。尤其是國家標準GB/T19826-2005對測試方法作了較清楚的描述，并給出了測試圖和測試設備要求。 　　下面是標準規(guī)程中部分相關(guān)內(nèi)容的復制，詳細內(nèi)容介紹，請查閱標準規(guī)程。 　　1、 試驗接線圖和測試設備的要求 　　6.3 穩(wěn)流精度、穩(wěn)壓精度及紋波系數(shù)試驗 　　6.3.1 試驗線路圖 　　試驗接線如圖 1 所示。 　　2R ——可調(diào)電阻器 　　1PA——電流表 　　1PV——直流電壓表 　　2PV——交流電壓表 　　3PV——交流毫伏表 　　1PR——示波器 　　2、 測試方法 　　6.3.2 穩(wěn)流精度試驗 　　6.3.2.1 充電裝置在恒流充電狀態(tài)下，充電電流設定為表 2 規(guī)定的整定范圍內(nèi)任一點，交流輸入電壓 　　在(85%～115%)額定值(電壓表 2PV 所示值)內(nèi)變化，調(diào)整充電電壓在表 2 規(guī)定的變化范圍內(nèi)變化，分別測量充電電流(電流表 1PA 所示值)，找出上述變化范圍內(nèi)充電電流的極限值 IM。 　　6.3.3 穩(wěn)壓精度試驗 　　6.3.3.1 充電裝置在穩(wěn)壓狀態(tài)下，直流輸出電壓設定為表 2 規(guī)定的整定范圍內(nèi)任一點，交流輸入電壓 　　在(85%～115%)額定值(電壓表 2PV 所示值)內(nèi)變化，調(diào)整負載電流為 0～100%額定值(電流表 1PA所示值)，分別測量其充電裝置的輸出電壓(電壓表 1PV 所示值)。找出上述變化范圍內(nèi)充電裝置輸出電壓的極限值 UM。 　　6.3.4 紋波系數(shù)試驗 　　6.3.4.1 示波器要求：示波器頻帶寬 20 MHz，水平掃描速度 0.5 s/DIV。 　　6.3.4.2 充電裝置在穩(wěn)壓狀態(tài)下， 直流輸出電壓設定在表 2 規(guī)定的整定范圍內(nèi)， 交流輸入電壓在 (85%～115%)額定值(電壓表 2PV 所示值)內(nèi)變化，調(diào)整負載電流為 0～100%額定值(電流表 1PA 所示值)，分別測量充電裝置的輸出電壓 UDC (電壓表 1PV所示值)、輸出電壓的交流分量峰一峰值 Upp (示波器 1PR所示值)和交流分量有效值 Urms(電壓表 3PV 所示值)。 　　3、 對測試儀器要求的理解 　　從以上標準的描述中可以看出，測試直流電源的儀器應滿足以下要求： 　　1、具有一個可以在額定交流輸入電壓的85%～115%范圍設置的、向充電機供電的交流電源，一般是一個可連續(xù)調(diào)節(jié)的調(diào)壓器，它的輸出范圍是323～437V，可手動或自動控制。 　　2、具有一個連續(xù)可變化的電阻負載，這個負載在測試穩(wěn)壓精度時可通過調(diào)節(jié)電阻大小控制充電機輸出的電流，在測試穩(wěn)流精度時可通過調(diào)節(jié)電阻大小控制充電機輸出的電壓，可手動或自動控制。 　　3、具有一個符合交流毫伏表性能的表計，用于紋波有效值的測試，標準沒有明確采用何種交流毫伏表。但因為我們要測試的直流電源頻率可能在300HZ～100KHZ之間，(相控電源的斬波頻率為300HZ，高頻開關(guān)電源的開關(guān)頻率一般在40KHZ~100KHZ)，所以，一般要求該交流毫伏表的頻響不低于100KHZ。一般的數(shù)字式萬用表頻響都很低，只有100～1000HZ，不宜用于對高頻開關(guān)電源的紋波有效值測量。 　　4、具有一個符合示波器性能的表計，它的通道帶寬為20MHZ，能夠顯示峰值、谷值，及記錄峰峰值用于計算。如果采用其它的測試方法，則必須滿足采樣頻率的要求，因為高頻開關(guān)電源的斬波頻率一般在40～100KHz，紋波的尖峰一般在微秒級，甚至更小，如果對微秒的尖峰要采到較完整的波形，采樣要求一個周波20個點，則采樣頻率即為20MHz。 　　5、由于儀器需要用于測試紋波，所以要采取技術(shù)手段使儀器自身可能產(chǎn)生的干擾減少到最小。所以儀器中不宜使用帶有開關(guān)斬波的電路，如電子斬波的調(diào)壓器、斬波負載等，對其它電路也應做好退耦和隔離。 　　6、考慮到現(xiàn)場實際使用，要盡可能的使操作方便，或采用自動測試，并應具備數(shù)據(jù)保存、報表輸出等功能，實現(xiàn)現(xiàn)場對直流電源的快速檢查和校驗。 　　三. 測試方法討論 　　按照標準所定義的電路和符合要求的儀器接線后，就可以開展對直流電源的參數(shù)測試。 　　穩(wěn)壓精度和穩(wěn)流精度的測試操作大家都已經(jīng)很熟悉了，只要測試儀器能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)節(jié)控制的范圍，測試精度達到標準的要求就可以了。這里不再贅述。 　　但紋波測試就不是那么簡單了，按照GB/T19826-2005標準用示波器示值讀出交流分量峰-峰值，或按照DL/724-2000標準 　　3.12 紋波系數(shù)( ripple factor) 　　充電裝置輸出的直流電壓中，脈動量峰值與谷值之差的一半，與直流輸出電壓平均值之比。按以下公式 　　計算： 　　式中 ―― 紋波系數(shù) 　　f―― 直流電壓中的脈動峰值 　　g―― 直流電壓中的脈動谷值 　　UP―― 直流電壓平均值 　　我們都不知道峰值和谷值如何讀到。當高頻開關(guān)電源的頻率為40KHZ~100KHZ時，紋波的寬度往往只有幾個微秒，甚至小于1個微秒，如圖： 　　當用水平掃描速度 0.5 s/DIV去讀取時，波形全被擠在一起了，況且用于紋波本身的跳變，波形將變得模糊而難以準確讀取。在5 ms/DIV時的圖： 　　為了驗證示波器測試紋波的峰峰值，我們用示波器對同一個高頻開關(guān)電源模塊，在很短的時間里，連續(xù)測試5次，保存示波器輸出的圖形和數(shù)據(jù)，如圖： 　　Fig.1 Fig.2 　　 　　Fig.3 Fig.4 　　Fig.5 　　可以看出，每次測試得出的波形和數(shù)據(jù)都不完全一樣，波形差得不多，但峰峰值和均方根值相差很大。 　　顯然，哪怕用示波器測試，也會由于紋波本身的波動跳變及測試抓取的波形段不同而帶來很大的誤差。 　　四. 我們的測試方法 　　為了在一個連續(xù)的高頻波形中獲取峰值和谷值，我們采用了高速數(shù)據(jù)采集卡來采集記錄紋波數(shù)據(jù)，采樣頻率達到了20MHZ/s，并且具有足夠大的數(shù)據(jù)記錄存貯深度，所獲取的數(shù)據(jù)按一定的算法經(jīng)計算機處理分析，找到最大、最小的峰值，計算出紋波中出現(xiàn)的最大峰峰值。 　　實際測試結(jié)果證實，對以上同樣的開關(guān)電源模塊，在很短的時間里，連續(xù)測試5次，數(shù)據(jù)基本相同，測試的重復性很好。截屏保存輸出的圖形和數(shù)據(jù)，如圖： 　　在實際使用中，用戶非常關(guān)心紋波測試的準確性，這取決于測試儀器的通道頻響帶寬、采樣頻率和采樣精度，但用戶很難去區(qū)分和驗證。 　　如果測試實際開關(guān)電源模塊的紋波進行校驗是很困難的。因為實際開關(guān)電源輸出的紋波往往會有不規(guī)則的波動，使得示波器的顯示跳動、模糊，讀數(shù)非常困難。而且由于采樣同步和顯示方法的差異，波形之間很難進行比對，更不要說精度校驗了。所以實際進行校驗時，建議采用標準波形比對法。如采用信號發(fā)生器，發(fā)生標準10～100KHZ，Vpp=2V的方波，觀察比對測試波形是否畸變，波形的頻率和幅值是否準確。 　　五. 結(jié)束語 　　直流電源的定期檢查和校驗對提高直流電源系統(tǒng)安全運行具有重要意義，因而需要有對現(xiàn)場直流電源的測試儀器，但對測試方法和技術(shù)還有待明確和規(guī)范，這是實現(xiàn)測試結(jié)果準確統(tǒng)一的一個首要條件，值得大家探討。