本發明涉及電力應用領域，尤其涉及一種適用于高壓計量設備的輻射抗擾度電磁兼容測試系統及方法。

背景技術：

當今社會，電力系統的電磁環境日益復雜，電力系統中計量設備作為電力線路和終端的重要組成部分,關系到所有用電單位、企業乃至千家萬戶的費用結算問題，不僅需要準確和穩定的計量能力,而且還需要其具有一定電磁兼容抗干擾的能力。受干擾的計量設備容易造成計量數值的錯誤，因此需要保證計量設備在復雜環境下工作的穩定性。而且電力計量設備一般是由單片機、電子元器件組成,這些設備非常容易受到強電磁環境的影響而不能正常工作,或出現穩定性下降等問題。所以電力系統的計量設備在應用之前必須經過電磁兼容性能的測試。

電力系統的電力計量設備在設計時需要考慮復雜環境的適應問題，在電磁兼容領域有輻射抗擾度、傳導抗擾度、工頻磁場、電快速脈沖群、電壓跌落等測試，輻射抗擾度試驗作為主要的試驗項目來評價電能表的電磁兼容等級，由于輻射抗擾度測試必須要在電波暗室內進行，它的測試方法非常嚴格，設備的選擇也具有局限性。

國內在電子產品的電磁兼容測試有相關經驗和標準可尋,國內的電磁兼容測試方法形成了一套相對比較完善的、實用的電磁兼容檢測體系。但在高壓設備的電磁兼容領域還處于研究初步階段。國內外對于高壓計量類產品并無電磁兼容相關標準和方法。目前國內對于復雜電磁環境下高壓智能電網設備運行狀態下的輻射抗擾度測試系統的研究還處于起步階段，在電力高壓領域的電磁兼容測試一直屬于行業的空白領域，由于高壓線路和設備的電磁環境更為復雜，現階段還未涉及到將高壓設備接入電波暗室內進行測試的案例，其所需要的高壓環境及高壓整體電磁兼容試驗裝置及方法沒有統一的標準及成熟的試驗平臺。

因此，有必要設計一套針對高壓智能電網電力設備電磁兼容性能測試的系統及相關設備，填補高壓領域無法進行電磁兼容測試的空白，同時提高高壓計量設備準確性及可靠性來保障電網的穩定運行。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題在于針對現有技術中缺乏高壓電磁兼容性檢測設備的缺陷，提供一種適用于高壓計量設備的輻射抗擾度電磁兼容測試系統及方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

本發明提供一種適用于高壓計量設備的輻射抗擾度電磁兼容測試系統，包括設置在控制室內的上位機和路由器，以及設置在電波暗室內的發射天線和高壓計量設備，該系統還包括通過無線連接的方式并聯在路由器與高壓計量設備之間的高壓輸出系統和輻射抗擾度測試系統，其中：

上位機為測試用計算機，用于上位機通過控制軟件一方面能夠控制低壓部分信號源、功率放大器、射頻開關、功率計、發射天線的輸出，另一方面能夠控制高壓輸出系統進行高壓環境的輸出，為高壓計量設備提供測試所需的電磁環境和電源環境，同時通過高壓計量設備的校準系統對比標準數據和測試結果；

高壓輸出系統包括依次相連的信號發生器、穩壓穩流器、升壓升流器和校準系統，升壓升流器的輸出端與高壓計量設備的一個輸入端相連，高壓計量設備的輸出端與校準系統相連；信號發生器為調頻調幅調相數字信號發生器，穩壓穩流器將信號發生器輸入的電壓電流信號進行功率放大，升壓升流器將輸送過來的電壓信號通過高壓升壓器輸出高壓電壓信號，電流信號通過高壓升流器輸出大電流信號，校準系統用于對信號進行對比和校準；

輻射抗擾度測試系統包括依次相連的信號源、功率放大器、功率計和射頻開關，射頻開關的輸出端通過發射天線與高壓計量設備的另一個輸入端相連；信號源用于提供射頻信號；功率放大器將射頻信號進行放大處理；功率計和射頻開關控制射頻信號的輸出；發射天線布置在電波暗室內進行電磁波的發射。

進一步地，本發明的上位機為測試用計算機能夠展示和監控試驗數據，能夠進行試驗流程初始化設置、測試設備參數設置、數據庫管理、信息查詢、保存和打印試驗報告各種信息與校驗結果的顯示。

進一步地，本發明的校準系統包括電壓互感器、電流互感器和標準計量設備，高壓計量設備的輸出端通過電壓互感器和電流互感器與標準計量設備相連。

進一步地，本發明的高壓計量設備為高壓被試試品，電壓等級為10KV，包括高壓電能表、高壓互感器和高壓計量箱。

進一步地，本發明的輻射抗擾度測試系統的信號源、功率放大器、功率計和射頻開關之間通過GBIP總線連接。

進一步地，本發明的信號發生器為6路調頻調幅調相數字信號發生器，分成3路分別通過同軸電纜與穩壓穩流器相連。

進一步地，本發明的高壓輸出系統通過高壓濾波器與電波暗室內的高壓計量設備相連。

本發明提供一種適用于高壓計量設備的輻射抗擾度電磁兼容測試方法，包括以下步驟：

S1、試驗開始前應檢查高壓計量設備電磁兼容測試系統接線是否正確，所有設備電源是否接入良好，接地系統是否正常；

S2、操作人員校準電波暗室場地及設備參數；

S3、操作人員將校準后的設備參數導入系統；

S4、操作人員通過上位系統設置測試參數；

S5、開始測試：

上位系統通過控制軟件發出命令，高壓輸出系統先啟動，信號發生器通過調頻調幅調相產生6路數字正弦波數字信號分3路發送給穩壓穩流器，穩壓穩流器通過設置限流限壓措施并將信號進行放大處理，升壓升流器將穩壓穩流器輸送來的低電壓和小電流信號通過升壓器和升流器放大輸出高壓信號；高壓信號通過濾波器進入電波暗室將穩定的高壓信號傳輸給高壓計量設備；校準系統將高壓計量設備的高電壓通過電壓互感器降低為低電壓，高電流通過電流互感器降低為小電流，并通過標準計量設備對比數據，將數據通過路由器將測試結果返回給上位機，上位機得到高壓計量設備正常運行的信號后，啟動輻射抗擾度測試系統，低壓部分再啟動，信號源發射規定值的場強信號經過功率放大器進行放大處理，最后經過電波暗室內通過發射天線發射規定值的電磁波；整套輻射抗擾度測試系統提供1-30V/m的干擾場強，高壓計量設備在規定的電磁場強下進行工作；

S6、對比測試數據：

試驗過程中，上位系統將校準系統提供的數據與高壓計量設備的測試數據進行不斷對比，完成試驗結果的判定。

本發明產生的有益效果是：本發明的適用于高壓計量設備的輻射抗擾度電磁兼容測試系統及方法，其高壓輸出系統和輻射抗擾度測試系統通過無線的方式連接，大大提高了檢測的便捷性；通過高壓輸出系統的穩壓穩流器將輸入的電壓電流進行功率放大，并通過校準系統進行對比檢測，提高了檢測的準確性；通過輻射抗擾度測試系統對高壓計量設備的輻射抗擾度進行測試，大大提高了高壓計量設備準確性及可靠性，保障了高壓電網的穩定運行。

附圖說明

下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中：

圖1是本發明實施例的高壓計量系統輻射抗擾度系統框圖；

圖2是本發明實施例的輻射抗擾度系統框圖；

圖3是本發明實施例的高壓輸出系統示意圖；

圖4是本發明實施例的發明實例提供的系統示意圖；

圖5是本發明實施例的高壓計量系統輻射抗擾度系統流程圖；

圖6是本發明實施例的場地校準示意圖；

圖7是本發明實施例的場地校準數值表。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

如圖1所示，本發明實施例的適用于高壓計量設備的輻射抗擾度電磁兼容測試系統，包括設置在控制室內的上位機和路由器，以及設置在電波暗室內的發射天線和高壓計量設備，該系統還包括通過無線連接的方式并聯在路由器與高壓計量設備之間的高壓輸出系統和輻射抗擾度測試系統，其中：

上位機為測試用計算機，用于上位機通過控制軟件一方面能夠控制低壓部分信號源、功率放大器、射頻開關、功率計、發射天線的輸出，另一方面能夠控制高壓輸出系統進行高壓環境的輸出，為高壓計量設備提供測試所需的電磁環境和電源環境，同時通過高壓計量設備的校準系統對比標準數據和測試結果；

高壓輸出系統包括依次相連的信號發生器、穩壓穩流器、升壓升流器和校準系統，升壓升流器的輸出端與高壓計量設備的一個輸入端相連，高壓計量設備的輸出端與校準系統相連；信號發生器為調頻調幅調相數字信號發生器，穩壓穩流器將信號發生器輸入的電壓電流信號進行功率放大，升壓升流器將輸送過來的電壓信號通過高壓升壓器輸出高壓電壓信號，電流信號通過高壓升流器輸出大電流信號，校準系統用于對信號進行對比和校準；

輻射抗擾度測試系統包括依次相連的信號源、功率放大器、功率計和射頻開關，射頻開關的輸出端通過發射天線與高壓計量設備的另一個輸入端相連；信號源用于提供射頻信號；功率放大器將射頻信號進行放大處理；功率計和射頻開關控制射頻信號的輸出；發射天線布置在電波暗室內進行電磁波的發射。

校準系統包括電壓互感器、電流互感器和標準計量設備，高壓計量設備的輸出端通過電壓互感器和電流互感器與標準計量設備相連。高壓計量設備為高壓被試試品，電壓等級為10KV，包括高壓電能表、高壓互感器和高壓計量箱。輻射抗擾度測試系統的信號源、功率放大器、功率計和射頻開關之間通過GBIP總線連接。信號發生器為6路調頻調幅調相數字信號發生器，分成3路分別通過同軸電纜與穩壓穩流器相連。高壓輸出系統通過高壓濾波器與電波暗室內的高壓計量設備相連。

在本發明的另一個具體實施例中，該系統能夠為高壓計量設備進行輻射抗擾度電磁兼容項目的測試。該系統包括：上位機、路由器、信號源、功率放大器、功率計、射頻開關、發射天線、高壓輸出系統、校準系統和高壓計量設備。所述的輻射抗擾度電磁兼容測試系統能夠提供80k-4G的射頻連續波信號和1-30V/m的干擾場強。所述的高壓計量設備的電壓等級為10kV，所述的發射天線與高壓計量設備布置在電波暗室內。

上位機為測試計算機，通過路由器連接測試設備，測試計算機能夠展示和監控試驗數據，能夠進行試驗過程的初始化設置、統計和分析試驗數據、保存和打印試驗報告等。上位機通過控制軟件一方面能夠控制低壓部分信號源、功率放大器、射頻開關、功率計、發射天線的輸出，另一方面能夠控制高壓輸出系統中的信號發生器、穩壓穩流器、升壓升流器保證高壓環境的輸出，為高壓計量設備提供測試所需的電磁環境和電源環境。

信號源、功率放大器、功率計、射頻開關通過GBIP總線進行連接和數據傳輸，信號源用于提供射頻信號；功率放大器將射頻信號進行放大處理；功率計和射頻開關控制射頻信號的輸出；發射天線布置在電波暗室內進行電磁波的發射。

高壓輸出系統包括信號發生器、穩壓穩流器、升壓升流器。信號發生器為6路調頻調幅調相數字信號發生器，穩壓穩流器將信號發生器輸入的電壓電流信號進行功率放大，升壓升流器將輸送過來的電壓信號通過高壓升壓器輸出高電壓信號，電流信號通過升流器輸出大電流信號。校準系統為標準電流互感器、標準電壓互感器和標準計量設備組成，高壓輸出系統通過高壓濾波器接入電波暗室內連接高壓計量設備，為高壓計量設備提供供電電源，同時通過校準系統對比試驗結果。

如圖1所示，上位機通過網絡端口與路由器相連，路由器通過網絡端口連接輻射抗擾度測試系統和信號發生器等高壓輸出系統，上位機通過控制軟件控制高壓輸出設備及輻射抗擾度測試系統，同時接收校準系統返回的測試結果。

如圖2所示，輻射抗擾度測試系統包括：信號源、功率放大器、射頻開關、功率計、發射天線，信號源、功率放大器、射頻開關、功率計、發射天線通過GBIP線并聯，信號源通過同軸電纜串聯射頻開關，將設定好電磁波信號發送給射頻開關，射頻開關通過同軸電纜串聯功率放大器，通過功率放大器的作用將電磁波信號進行倍數放大，功率計記錄功率放大器的前向功率與反向功率值，最后進入電波暗室內通過發射天線發射1-30V/m的電磁波信號。

如圖3所示，高壓輸出系統包括：信號發生器、穩壓穩流器、升壓升流器組成。信號發生器為6路調頻調幅調相數字信號發生器，分成3路分別通過同軸電纜發送給穩壓穩流器，穩壓穩流器將信號進行放大處理，升壓升流器將輸送過來的電壓信號通過高壓升壓器輸出高電壓信號，電流信號通過高壓升流器輸出大電流信號。高壓輸出系統通過高壓濾波器接入電波暗室內連接高壓計量設備，為高壓計量設備提供供電電源，同時通過校準系統將高電壓、大電流變換成標準電壓和電流與標準計量設備進行比較。

如圖4所示，上位系統通過控制軟件發出命令，高壓輸出系統先啟動，校準系統啟動工作，信號發生器通過調頻調幅調相產生6路數字正弦波數字信號發送給穩壓穩流器，穩壓穩流器通過設置限流限壓措施并將信號進行放大處理，升壓升流器將穩壓穩流器輸送來的低電壓和電流信號通過升壓器和升流器放大輸出高電壓和大電流信號。高壓和大電流信號通過濾波器進入電波暗室將穩定的信號傳輸給高壓計量設備。校準系統將高壓計量設備的高電壓通過電壓互感器降低為低電壓，高電流通過電流互感器降低為小電流，并通過標準計量設備對比數據，將數據通過路由器將測試結果返回給上位機，上位機得到高壓計量設備正常運行的信號后，啟動輻射抗擾度測試系統，低壓部分再啟動，信號源發射規定值的場強信號經過功率放大器進行放大處理，最后經過電波暗室內通過發射天線發射規定值的電磁波。整套輻射抗擾度測試系統提供1-30V/m的干擾場強，高壓計量設備在規定的電磁場強下進行工作。試驗過程中，上位系統將校準系統中提供的數據與高壓計量設備的測試數據進行不斷對比，完成試驗結果的判定。

如圖5所示，本發明實施例的適用于高壓計量設備的輻射抗擾度電磁兼容測試方法，包括以下步驟：

S1、試驗開始前應檢查高壓計量設備電磁兼容測試系統接線是否正確，所有設備電源是否接入良好，接地系統是否正常；

S2、操作人員校準電波暗室場地及設備參數；

S3、操作人員將校準后的設備參數導入系統；

S4、操作人員通過上位系統設置測試參數；

S5、開始測試：

上位系統通過控制軟件發出命令，高壓輸出系統先啟動，信號發生器通過調頻調幅調相產生6路數字正弦波數字信號分3路發送給穩壓穩流器，穩壓穩流器通過設置限流限壓措施并將信號進行放大處理，升壓升流器將穩壓穩流器輸送來的低電壓和小電流信號通過升壓器和升流器放大輸出高壓信號；高壓信號通過濾波器進入電波暗室將穩定的高壓信號傳輸給高壓計量設備；校準系統將高壓計量設備的高電壓通過電壓互感器降低為低電壓，高電流通過電流互感器降低為小電流，并通過標準計量設備對比數據，將數據通過路由器將測試結果返回給上位機，上位機得到高壓計量設備正常運行的信號后，啟動輻射抗擾度測試系統，低壓部分再啟動，信號源發射規定值的場強信號經過功率放大器進行放大處理，最后經過電波暗室內通過發射天線發射規定值的電磁波；整套輻射抗擾度測試系統提供1-30V/m的干擾場強，高壓計量設備在規定的電磁場強下進行工作；

S6、對比測試數據：

試驗過程中，上位系統將校準系統提供的數據與高壓計量設備的測試數據進行不斷對比，完成試驗結果的判定。

在本發明的另一個具體實施例中，該方法具體包括：

(1)試驗前準備：

試驗開始前應檢查高壓計量設備電磁兼容測試系統接線是否正確，所有設備電源是否接入良好，接地系統是否正常。

(2)操作人員校準電波暗室場地及設備參數。

校準步驟：場地的校準布置如圖6所示。

a)將場強探頭設備布置在如圖6所示的16個點上，從任意一個點開始；

b)操作上位機施加正向功率至發射天線，使該區域獲得的場強在3V/m至10V/m范圍內，然后以起始頻率1％的步長在整個頻率范圍內保存場強和功率值；

c)重復其余15個校準參考點；

d)將16個前向功率值按升序排列，從最大值開始，檢查是否還有至少11個點的功率值在-6dB～0dB范圍內；

e)如果至少有12個點的讀數在6dB范圍內，則記錄最大前向功率值作為均勻長的前向功率，如圖7所示；

f)前向功率與反向功率的比值確定電壓駐波比即場地反射系統的大小；

g)將上位機記錄的設備參數保存到文件中。

(3)操作人員將校準后的設備參數導入系統。

(4)操作人員通過上位系統設置測試參數。

(5)開始測試：

上位系統通過控制軟件發出命令，高壓系統先啟動，校準系統啟動工作，檢查高壓計量設備是否正常工作，如果設備狀態異常上位機報警，重新檢查并等待上位機發出指令，檢查工作完成，輻射抗擾度系統工作，校準系統將標準值和測量值返回到上位機系統。

(6)打印報告：

上位系統將校準系統中提供的數據與高壓計量設備的測試數據進行不斷對比，完成試驗結果的判定。

應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本發明所附權利要求的保護范圍。