目录
1、典型设备暂降敏感特性的再认识
2、已开展的试验研究及总结
3、通用性测试方案建议
4、变频器暂降耐受特性测试规程建议
5、展望与讨论
一、典型设备暂降敏感特性的再认识
随着设备制造工艺改进与功能更新，典型敏感设备的暂降耐受特性会发生改变。然而，目前国内外很少针对新一代典型设备的暂降敏感特性开展实验研究，仍在直接或间接引用过时的实验数据产生结论和作为相关研究的基础。
以文献[1]为例说明问题。作者以四类典型设备（PLC、PC、ASD、ACContactor）的已有暂降耐受数据为基础研究设备故障率评估方法，其成果近期将发表。就其方法论而言可行。但是将作者引用的2006年之前的设备暂降耐受范围与我们获得的目前设备暂降耐受范围对比发现，两者存在着明显差别，如图(a)、图(b)所示。
因此，文献[1]中设备故障率评估结果的可信度值得商榷。也就是说，引用典型设备过时的暂降数据做分析，可能导致研究结果产生较大偏差甚至得出错误性结论。
近些年，电压暂降问题越来越严重的另一个原因是暂降敏感设备的种类在增加。最为传统的典型敏感设备有PC、PLC、ASD以及ACContactor四类，随着研究的深入，发现低压脱扣器、开关电源、照明灯具、大型液晶显示屏等均会受到电压暂降事件的影响，其高敏感度及低免疫能力不容小觑。
目前暂降敏感设备的研究主要集中在敏感特性曲线与设备故障率评估方法上，而敏感设备的暂降兼容性问题缺乏关注。为了明确敏感设备对不确定区域内的电压暂降事件的反应情况，应使其兼容性的界定条件逐渐清晰和规范。
（一）试验研究
近五年来，课题组针对交流接触器、变频器、可编程逻辑控制器、PC机、开关电源、节能灯6种敏感设备的暂降耐受特性开展了试验研究，积累了一些经验体会，取得了一些学术成果.
徐永海，兰巧倩，洪旺松.交流接触器对电压暂降敏感度的试验研究.电工技术学报,2015年，30(21):136-146.
徐永海,洪旺松,兰巧倩.电压暂降起始点与相位跳变对交流接触器影响的分析.电力系统自动化,2016年，40(4):92-97.
试验中可参考的权威标准
IEEEP1668-2014，低于1000V终端用户电气设备对电压暂降与短时中断穿越能力测试试用推荐规程
GB/T17626.11-2008电磁兼容试验和测量技术，电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰
GBT30137-2013电能质量电压暂降与短时中断
试验室条件（自建变频器测试平台）
二、已开展的实验研究及结论
影响敏感设备暂降耐受特性的因素很多，视角也不同，包括系统侧和设备侧等（如下表所示）。根据设备对某一因素的敏感程度，选择敏感程度较大的影响因素作为测试主项目进行试验。对于三相设备，如变频器等，还需按照暂降类型对其耐受特性的影响大小进行。
（二）试验结论
交流接触器：选取国内外4个主流品牌的三相交流接触器进行了试验研究，其主触头额定电流为63A~65A,线圈电压为220V，额定频率为50Hz。
暂降的起始点对于交流接触器的耐受度曲线有较大的影响，其关系近似满足四分之一对称性。
交流接触器对于0°起始点下电压暂降的敏感度最低，且残压越大，持续时间越短；
对于90°起始点下电压暂降的敏感度最高，且残压越大，持续时间越长。
（二）试验结论
交流接触器：
综合多种品牌接触器的耐受特性曲线，找出不同测试项目下交流接触器的最大持续时间和最小持续时间，可以得到其耐受度曲线的上下限。交流接触器耐受度曲线的上限是交流接触器敏感度最高的耐受度曲线，下限是交流接触器敏感度最低的耐受度曲线。
给出交流接触器耐受曲线上下限是一种极端的体现，可以从一个侧面反映一类接触器的整体耐受特性。
变频器：选取4个主流国内外品牌的变频器进行了试验研究，其电压等级为400V，额定功率为18.5kW。
负载的工作条件：不同转矩、不同转速和暂降类型对变频器的暂降耐受特性影响较大。
电机转矩或转速越大，变频器供电接口对暂降的耐受能力越弱；
变频器对三相对称暂降最为敏感，对两相和单相的暂降敏感度较弱；某些厂家的变频器对单相暂降的耐受特性比两相暂降弱，因为单相暂降会触发缺相保护使其跳闸，而两相暂降不会发生这种情况。
变频器：
暂降事件前供电电压主要影响变频器耐受曲线的时间临界值，随着差值增大，变频器耐受特性的时间临界值也越大，变频器的暂降耐受能力表现的越强。
综合多种品牌的变频器在不同测试项目下的耐受特性曲线（暂降类型为TypeIII），找到变频器耐受曲线的上下限，能够一定程度上反映所测试变频器的整体耐受特性。
（二）试验结论
可编程控制器：(图中P1~P4均为国外品牌，其中P3和P4是同一品牌；P5是国内品牌）
目前PLC具有较宽的供电电压范围（额定电压为AC100-240V，±15%波动）。当电压为220V时，多数PLCs电压暂降敏感度差别不大；与历史数据对比可见，当前的PLC暂降耐受性有明显提高；
实验证明，不同电源电压下同一试品暂降耐受性能差别明显（见右图）。因此，国外的PLC暂降实验结论不一定适用于国内情况；
电压暂降的起始点、暂降起始区段的高频振荡、多重暂降等对PLC暂降耐受性能几乎无影响，而暂降事件中的奇次谐波、供电电压的高低、多重暂降以及直流侧储能大小等对其影响较大。
三、通用性测试方案建议
（一）技术指导原则
安全性
试验不能导致设备损坏、功能丢失、性能降低
有效性
从用户角度出发，试验得到的结果能表征设备真实电压暂降耐受特性
适用性
所给出的测试方法以及测试流程，适用于指导所有电压暂降敏感负荷的测试工作
经济性
基于研究性测试结果，抓住测试重心，减少测试工作量
安全性是必要条件，适用性是应有之义，经济性与有效性相互配合。
（三）测试项目
测试项目分类
将测试项目分为系统侧（电网、厂用电）项目以及设备侧（供电、用电）项目。
系统侧项目：各类电压暂降特征量，包括电压暂降类型、暂降分割法各个区段参数等。
设备侧项目：终端用电设备自身的工作方式、运行特性等相关项目，如负荷类型、负荷功率控制策略、保护策略等。
测试项目筛选
结合设备特性描述、机理分析以及已有指标参数对测试项目进行相应调整。
设备自身特性，如IEEEP1668推荐的暂降类型包括TypeIII、TypeII以及TypeI，三相设备需要考虑TypeIII以及TypeII暂降类型的影响；
机理分析结论可用于指导测试项目的制定，如交流接触器对电压暂降起始点、相位跳变很敏感，应侧重研究；
已有试验在总结与提升后，可以补充机理分析缺失的情况，如大量试验得出相位对不可控整流ASD的影响较小，可以删除该项目的测试。
（三）测试项目
暂降分割法的描述
C4.110提出的暂降分割法是将电压暂降事件分割成不同时段的特性分析方法
符合现实，有其广泛适用性
暂降分割法的参数包括各个区段的一些描述量，如幅值、谐波含量、相角、频率等。
还包括各区段自身特性，如暂降下降斜度、恢复速率等。
这对电压暂降标准发生器提出了一定要求！
宣称符合多种电磁兼容标准(IEC61000-4-13,4-14,4-27,4-28)，且能进行多种标准所规定测试（IEC61000-4-11,4-29,4-34等）。
（四）通用测试平台
典型敏感设备电压暂降
耐受度测试平台
在图中，1）扰动发生源满足可通过上位机编辑各类扰动波形并输出的基本要求，如Chroma61860、MX45等；2）负载电路视被测设备而定，若将负载大小作为测试因素，应使用可变负载；3）试验数据采集装置主要有示波器或录波仪、电流钳表、万用表等，采集量包括被测设备与负载电压、电流波形、被测设备运行状态、消耗功率等。
测试方法：利用上位机控制扰动发生源输出不同的电压暂降事件，记录设备是否故障，试探法找到被测设备故障的临界暂降幅值和持续时间，作为耐受曲线的依据。或者给定电压暂降事件的某个变量，如电压暂降幅值，检测被测设备故障时间点，提取设备电压暂降耐受时间。
（五）测试数据处理
利用数据分析软件（EXCEL、MATLAB等）对试验数据进行处理、数据曲线绘制和对比分析，然后整理分析并形成结论文档。
设备电压暂降耐受特性测试结果描述主要有两类：一类是以耐受度曲线或耐受度曲线的不确定区域表示；另一类是以分散测试点（采样点）的设备耐受情况表示。
测试（采样）间隔应基于经济性和有效性，根据设备特性合理分配
对于临界耐受判据的选择，根据用户需求进一步细化判据，推荐增加技术指标设定。
技术指标设定主要考察设备及生产过程的运行参数，如以ASD的转速不低于1000rpm为临界耐受判据。
不确定性
设备对电压暂降响应有不确定性
原因
不同厂家设备的差异性
设备特性随环境、使用年限变化的改变
测试误差
暂降发生的不确定性
不确定性的现实存在，体现在结果上即耐受度曲线的不确定区域，对其把握需要在测试时进行多次重复性试验，以寻找到相对稳定的不确定区域。
重复性试验：增加重复试验次数使结果差异显著，但同时也增加了工作量，参照标准GB/T17626.11-2008规定，同一暂降项目至少重复进行3次。3次可以作为一个较为合理的下限，在不确定较大时增加重复试验次数。
耐受不确定区域：边界确定，区域内故障概率在试验量足够大时，满足一定的分布规律，此时不需要划分设备的敏感度等级；若试验量不够，规律不清，划分敏感等级是可行的方法。
四、变频器暂降耐受特性测试规程建议
（一）测试平台
本测试平台以发电机作为电动机的负载，即以电机对拖的形式将能量反馈回电网。
试验装置：电压扰动源、待测变频器、电动机、发电机、回馈变频器、扭矩传感器、示波器等。其中，回馈变频器应采用全控器件整流，工作在能量回馈制动方式。
试验测量信号：待测变频器三相输入电压UAI、UBI、UCI，三相输入电流IAI、IBI、ICI，三相输出电压UAO、UBO、UCO，三相输出电流IAO、IBO、ICO，直流母线电压UDC，电动机输出电压UAM、UBM、UCM，转速n和转矩T共15路信号。
（二）测试项目
测试项目筛选：若考虑到试验工作量过大，可只对变频器暂降敏感度影响较大的因素（负载转矩、电机转速和暂降类型）进行测试；低电压和过电流保护阈值对用户开放时，可对其进行测试；
测试某一项目时，其余项目为默认状态（转矩转速为额定值、保护和控制参数为出厂值、暂降类型为TypeIII、无谐波畸变）；
测试谐波时3、5、7次谐波的比例为10:7:3，且相角均为0°。
（三）测试方法
基本方法：利用计算机控制扰动发生源输出不同的短时中断和电压暂降事件，记录设备是否能耐受该扰动事件，逼近法找到被测设备临界耐受的暂降幅值和持续时间，作为耐受曲线的依据。
临界耐受判据：故障跳闸、自恢复、根据用户需求的细化判据。
对于根据用户需求细化的判据，如用户要求转速或转矩不得低于某一值，若低于此值，则认为设备不能耐受该暂降事件。用户可根据自身需求选择判据，变频器跳闸或自恢复造成损失较严重的用户，建议使用故障跳闸或自恢复判据；对转速或转矩变化敏感的用户，建议根据自身需求细化某工业过程量，作为临界耐受判据。
测试采样间隔：
由于变频器耐受曲线大致呈矩形，测试的暂降幅值和持续时间采样点建议集中在矩形的拐角处。
根据IEEEP1668测试标准，短时中断的持续时间测试起始值建议取0.5s，暂降的持续时间测试点推荐为2s、1s、0.5s、0.2s、0.1s、0.05s，可根据实际情况调整；暂降幅值的测试起始值建议取变频器的低压保护阈值，若厂家对用户保密，则可取低压变频器通常使用的保护阈值70%。
（三）测试方法
测试步骤：
步骤1：设定临界耐受判据，选择测试项目；
步骤2：设置短时中断，持续时间由小增大，找到临界耐受点a；
步骤3：在持续时间分别为2s、1s、0.5s、0.2s、0.1s、0.05s（可根据实际情况调整）的情况下，设置电压暂降幅值为x%（TypeI和TypeIII设置的是相电压，TypeII设置的是线电压），幅值从大到小，找到临界故障点b、c、d、e、f、g。
每个临界耐受点应重复测试至少3次，记录试验过程中的相关信号波形数据，测试完成后将所得的离散的临界耐受点在VT平面上连接成线，可得变频器的耐受曲线。
五、展望与讨论
设计并建立耐受特性智慧通用测试平台
测试某一设备时，通过软件控制，选择导通该设备，旁路其他设备，选择其对应的负载以及是否需要回馈等等，无需再接线。
测试平台自动记录数据波形，生成设备的耐受曲线，评估设备的耐受能力。
临界耐受判据需要进一步明确和规范
判断设备是否耐受某暂降事件的依据可以有设备故障、自恢复和细化的工业过程参数。从兼容性角度考虑，设备能够容忍某一工业过程参数变化的具体程度与整个生产线密切相关，需要抓住影响整个生产过程的关键因素的关键值，具体应如何确定该参数，需要深入研究。
可作为供用电双方签订的技术合同中设备暂降耐受能力的技术指标。如给出用电设备的分散测试点的设备耐受情况，若供电侧发生的暂降事件比设备能够耐受的暂降事件的幅值更低或持续时间更长，供电方承担主要责任。
可作为制造厂家在设备铭牌上明确标识的暂降耐受等级或重要技术参数。IEEE1668测试标准给出了设备的暂降耐受等级划分的方法，但其合理性和通用性还有待检验。
徐永海
华北电力大学电气与电子工程学院
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原标题：敏感设备电压暂降耐受特性测试方法研究与测试规程建议
