T∕CPSS 1008-2020 低压电气设备电压暂降及短时中断耐受能力测试方法.pdf

ICS 号 01.040.29 中国标准文献分类号 K46 团 体 标 准 T/CPSS 10082020 低压电气设备电压暂降及短时中断耐受能力测试方法 Voltage dip and short interruption immunity testing method for low voltage electrical equipment 2020-08-25 发布 2020-09-01 实施 中国电源学会 发布T/CPSS 10082020 I 目 次 前言 . 1 范围 . 1 2 规范性引用文件 . 1 3 术语和定义 . 1 4 测试条件 . 3 5 受试设备性能判据 . 4 6 测试设备与布置 . 4 7 测试内容 . 5 8 测试流程 . 6 9 测试数据处理 . 7 10 测试报告 . 7 附录 A（规范性附录） 测试流程 . 9 附录 B（资料性附录） 三相系统电压暂降类型 . 11 附录 C（资料性附录） 测试报告模板 . 12 附录 D（资料性附录） 测试结果数据格式 . 14 参考文献 . 15 图 1 测试布置示意图 . 5 图 2 一簇电压容忍度曲线 . 7 图 A.1 单相设备测试流程 . 10 图 A.2 三相设备测试流程 . 10 图 C.1 测试报告封面 . 12 图 C.2 测试报告内页 . 13 表 B.1 IEEE 标准电压暂降类型 . 11 T/CPSS 10082020 II 前 言 本标准按照GB/T 1.12009给出的规则起草。 本标准由中国电源学会提出并解释。 本标准的目的是建立一种量化评价低压电气设备对电压暂降和短时中断耐受特性的通用测试方法。 本标准起草单位：广东电网有限责任公司广州供电局电力试验研究院、华南理工大学、四川大学、全球能源互联网研究院有限公司、福州大学、亚洲电能质量产业联盟、国网北京市电力公司电力科学研究院、安徽大学、国网河北省电力有限公司电力科学研究院、国网重庆市电力公司电力科学研究院、南京灿能电力自动化股份有限公司、 国网山西省电力公司电力科学研究院、 广西电网有限责任公司电力科学研究院、南京国臣直流配电科技有限公司、上海电气电力电子有限公司、中国电力科学研究院有限公司、上海捷实机电科技有限公司、深圳市科雷特能源科技股份有限公司、国网吉林省电力有限公司电力科学研究院、中国电力科学研究院有限公司武汉分院、深圳供电局有限公司电力科学研究院、中国石油大学（华东）、燕山大学、上海电器设备检测所有限公司、国网四川省电力公司电力科学研究院、国网河南省电力有限公司电力科学研究院、 国网福建省电力有限公司电力科学研究院、 中国汽车工业工程有限公司、国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司、国网湖北省电力有限公司电力科学院、国网山东省电力公司电力科学研究院、电子科技大学、广东电网有限责任公司电力科学研究所。 本标准主要起草人：莫文雄、钟庆、汪颖、刘颖英、张逸、黄炜、于希娟、胡存刚、胡雪凯、董光德、姚东方、李胜文、陈卫东、李忠、王山山、陶以彬、王俊、杨昊睿、界金星、吴永康、张华赢、仉志华、贾清泉、史贵风、徐琳、王毅、林焱、孙文华、李穆、丁凯、张高峰、韩杨、马明。 本标准为首次发布。 T/CPSS 10082020 1 低压电气设备电压暂降及短时中断耐受能力测试方法 1 范围 本标准规定了低压电气设备电压暂降和短时中断耐受特性的测试条件、 受试设备性能判据、 测试设备与布置、测试内容、测试流程、测试数据处理和测试报告要求。 本标准适用于连接到标称电压不超过1 kV，额定频率为50 Hz的交流网络的电气设备。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注日期的引用文件， 仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 17626.112008 电磁兼容 测试和测量技术 电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度测试 GB/T 17626.342012 电磁兼容 测试和测量技术 主电源每相电流大于16 A的设备的电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度测试 GB/T 17799.1 电磁兼容 通用标准 居住、商业和轻工业环境中的抗扰度 3 术语和定义 GB/T 17626.342012、GB/T 301372013、GB/T 325072016界定的术语和定义以及下列术语和定义适用于本文件。为了方便使用，重复列出GB/T 17626.342012、GB/T 301372013、GB/T 325072016的部分术语和定义。 3.1 电能质量 power quality ; quality of power system 电力系统指定点处的电特性，关系到供电设备正常工作（或运行）的电压、电流的各种指标偏离基准技术参数的程度。 注：基准技术参数一般是理想供电状态下的指标值，这些参数可能涉及供电与负荷间的兼容性。 GB/T 325072016，定义 2.1.1 3.2 电压暂降 voltage dip（sag） 电力系统中某点工频电压方均根值突然降低至0.1 p.u.0.9 p.u.，并在短暂持续10 ms1 min后恢复。 GB/T 301372013，定义3.1 3.3 短时中断 short interruption 电力系统中某点工频电压方均根值突然降低至0.1 p.u.以下，并短暂持续10 ms1 min后恢复正常的现象。 T/CPSS 10082020 2 GB/T 301372013，定义3.2 3.4 电压容忍度曲线 voltage tolerance curve 表示电气设备承受电压变动范围和持续时间能力的曲线。 GB/T 325072016，定义2.1.41 3.5 电压暂降（短时中断）耐受能力 dip/sag（short interruption）immunity 电气设备在所连接的交流网络发生电压暂降（短时中断）时保持正常工作的能力，用一簇电压容忍度曲线表示。 3.6 残余电压 residual voltage 电压暂降或者短时中断过程中记录的电压方均根值的最小值。 GB/T 301372013，定义3.9 3.7 电压暂降（短时中断）持续时间 duration of voltage dip（short interruption） 达到电压暂降（短时中断）阈值的电压暂降（短时中断）事件的持续时间。 GB/T 301372013，定义3.4 3.8 相位跳变 phase-angle jumps 电压和（或）电流波形在时间轴上的进程突然发生的变化。 GB/T 325072016，定义2.8.7 3.9 暂降起始角 point-on-wave of dip initiation 暂降发生时刻电压的相位。 3.10 多重暂降 multiple dip events ; dip sequences 同一节点1 min内发生的一次以上电压暂降现象。 3.11 波形畸变 distortion 电压和（或）电流波形偏离了理想工频正弦波形的状态（主要由偏离的频谱量表征）。波形畸变主要有5种基本形式：1）谐波；2）间谐波；3）缺口；4）直流偏置；5）噪声。 GB/T 325072016，定义2.6.1 3.12 矩形暂降 rectangular dip T/CPSS 10082020 3 电压方均根值变化曲线可近似视为矩形，即具有“电压快速下降-恒定残余电压-电压快速恢复”模式的暂降。 3.13 非矩形暂降 non-rectangular dip 不被视为矩形暂降的电压暂降事件。 3.14 三相对称暂降 balanced dip 三相残余电压幅值相等，相位相差120的电压暂降。 3.15 三相不对称暂降 unbalanced dip 三相残余电压幅值不相等或相位相差不等于120的电压暂降。 3.16 单相设备 single-phase equipment 连接到一个相线和中线之间的设备。 GB/T 325072016，定义2.1.34 注：本标准不涉及连接到相线与相线之间的单相设备。 3.17 三相设备 three-phase equipment 连接到三相电源上的设备。 GB/T 325072016，定义2.1.36 3.18 故障 malfunction 设备执行预定功能的能力终止，或设备执行非预定功能。 GB/T 17626.342012，定义3.6 4 测试条件 4.1 受试设备条件 受试设备条件包括受试设备的运行条件和工作状态等，可用如下指标描述： 电动机的负载率； 照明设备的光照度； CPU 的利用率； 电梯的行进方向。 注：鉴于受试设备类型多、性能差异性大，受试设备的运行条件需结合设备制造商规定进行定义。 4.2 电源条件 电源条件宜包括以下设置和输出功能： T/CPSS 10082020 4 暂降类型； 残余电压； 持续时间； 暂降起始角； 相位跳变； 波形畸变； 多重暂降； 非矩形暂降。 5 受试设备性能判据 在测试过程中可以依据受试设备在测试中的功能丧失或性能降低现象进行分类， 相关的性能水平由设备制造商或委托方确定，或由产品制造商与购买方双方协商确定，可参考标准GB/T 17626.342012第9章和标准GB/T 17799.12017第8章进行分类。在居住、商业和轻工业环境下，可规定判据如下： a) 性能判据 A 在测试期间和测试之后，设备应按预定方式连续工作。当设备按预定方式工作时，性能降低程度或功能丧失不允许低于制造商规定的性能水平。 性能水平可以用允许的性能丧失替代。 如果制造商没有规定最低性能水平或允许丧失的性能， 则二者均可从产品说明书和产品文件中得到，或在设备按预定的方式使用时，从用户的合理期望中得出。 b) 性能判据 B 在测试之后，设备应按预定方式连续工作。当设备按预定方式使用时，性能降低或功能丧失不允许低于制造商规定的性能水平，性能水平可以用允许的性能丧失替代。在测试期间，允许性能水平降低， 但实际工作状态或存储的数据不允许改变。 如果制造商没有规定最低性能水平或允许丧失的性能， 则二者均可从产品说明书和产品文件中得到， 或在设备按预定的方式使用时，从用户的合理期望中得出。 c) 性能判据 C 允许暂时丧失功能，只要这种功能可自行恢复或者可以通过操作控制器来恢复。 注：鉴于受试设备类型多、性能差异性大，受试设备性能判据可结合设备制造商规定进行定义。 6 测试设备与布置 6.1 电压暂降发生器 电压暂降发生器用于产生满足第4章所述各类电源特性的测试电压，其性能和特征应满足GB/T 17626.342012中第6章对测试设备要求。 当用于三相设备电压测试时，电压暂降发生器应满足以下要求： a) 支持附录 A 所述各类三相电压暂降类型； b) 满足第 7 章中测试内容的要求； c) 支持星型和三角型接线方式。 6.2 数据采集测试系统 数据采集测试系统用于采集和记录测试过程中受试设备的输入电压、 输入电流以及其他相关反映被测设备性能变化的特征量，包括：各类具有存储功能的示波器或数据采集装置等。数据采集测试系统的数据采样率、分辨率应满足测试量精度的需求，宜满足以下要求： T/CPSS 10082020 5 a) 采样率宜不低于 10 kHz； b) 分辨率宜不小于 12 bit。 6.3 测试布置 测试布置如图1所示。为尽可能减小对测试结果的影响，建议采用设备制造商规定的、尽可能短的电缆。如无电缆长度规定，则应是适合于受试设备所用的最短电缆。 电压暂降发生器电压暂降发生器数据采集系统数据采集系统受试设备电流互感器电压互感器电缆 图1 测试布置示意图 7 测试内容 7.1 单相设备 单相设备的测试内容如下： a) 工作状态：要求至少测试受试设备的 2 种工作状态，宜包含设备满载工作状态。 b) 相位跳变：要求至少在相位跳变为 0时进行测试。条件允许时，建议相位跳变的测试范围为-3030，测试步长为 5。 c) 暂降起始角： 要求至少测试电压暂降起始角为 0和 90两种情况。 条件允许时， 建议在 0360范围内，以 45为步长对设备进行电压暂降测试。 d) 残余电压：要求残余电压的最小测试组为 0%、20%、40%、50%、70%、80%、90%。条件允许时，建议残余电压的测试范围为 90%0%，以 10%为步长依次测试。当两相邻残余电压对应的持续时间变化较大时，建议在该区间内残余电压采用更小的步长进行测试。 e) 持续时间：对应每一个残余电压值，应确定设备可耐受的电压暂降持续时间，可耐受的持续时间分辨率应不小于 1 ms。 7.2 三相设备 三相设备的测试内容如下： a) 对于三相设备，无论是否有中线，三相应同时进行测试。 b) 对于具有中线的三相设备，每次单独测量一个电压（相-相电压和相-中线电压），进行六个不同序列的测试，即 A-N，B-N，C-N，A-B，B-C 和 A-C。 c) 对于不具有中线的三相设备，每次单独对相-相电压进行测试，进行三个不同序列的测试，即A-B，B-C 和 A-C。 d) 三相设备须进行三相对称暂降的测试，即 IEEE Std 1668 标准规定的 III 型电压暂降，具体暂降类型见附录 A。 T/CPSS 10082020 6 e) 三相设备的测试可考虑不同暂降类型。建议优先采用 IEEE Std 1668 标准规定的暂降类型，也可采用 GB/T 17626.11 或 GB/T 17626.34 规定的暂降类型。 f) 对每一种暂降类型，应完成 7.1 节中规定的测试内容。 注1：本标准所有测试均在矩形暂降下完成。条件允许时，测试可包含波形畸变、多重暂降、非矩形暂降和电网电压波动等情况。 注2：短时中断的测试内容与电压暂降相同。 8 测试流程 8.1 测试准备 对测试系统作一次正确的预估， 以确定测试系统哪一种配置能够体现现场情况， 并确保受试设备不应由于应用本标准规定的测试而出现危险或不安全的后果。 对于一个给定的受试设备，在测试开始之前，应先准备一份测试计划。测试计划应代表受试设备预期使用方法。测试计划提出的测试内容应满足第7章的要求。测试计划宜包含以下项目： a) 受试设备的基本信息：类型、生产厂家、出厂编号、生产日期等； b) 有关连接和相应电缆及辅助设备的资料； c) 受试设备的额定参数； d) 受试设备的典型运行条件及测试时的运行条件； e) 受试设备性能判据； f) 测试布置。 8.2 测试实施 在测试准备完成后，完成测试接线。按照下列流程实施测试： a) 确定受试设备条件。 b) 设定电源初始状态。 c) 由电源发出电压暂降信号对受试设备进行测试。 d) 判定受试设备是否通过性能判据要求。如果通过，则按照给定步长增加持续时间，并重复本步骤； 如果不通过， 则记录本次测试的电压暂降残余电压和持续时间作为受试设备可耐受电压暂降的临界点， 并记录数据采集测试系统记录的测试中和测试后设备的运行状态、 输入电压和电流波形。对受试设备的所有功能进行检查，确认正常后进入下一步。 e) 改变残余电压，重复 c),d)步骤，当所有残余电压均已测试完毕后，用第 9 章给出的数据处理方法处理测试数据，并进入下一步。 f) 按照第 7 章测试内容要求依次改变电源条件，重复 c),d),e)；当所有电源条件测试完毕后进入下一步。 g) 按照第 7 章测试内容要求依次改变受试设备条件，重复 c),d),e),f)，直至所有受试设备条件测试完毕，结束整个测试。 单相设备的详细测试流程图见附录B.1，三相设备的详细测试流程图见附录B.2。 9 测试数据处理 以持续时间为横坐标，残余电压为纵坐标构成一个二维平面。 T/CPSS 10082020 7 在其他测试条件（包括：受试设备条件、暂降类型、相位跳变、暂降起始角等）不变的情况下，通过改变电压暂降的残余电压和持续时间完成一次节8.2中给出的c),d),e)步骤后，将所有临界点用折线连接可获得一条电压暂降容忍度曲线。 通过改变其他测试条件（包括：受试设备条件、暂降类型、相位跳变、暂降起始角等），完成节8.2中给出的所有测试流程后，可获得一簇电压容忍度曲线。典型的一簇电压容忍度曲线如图2所示。 图2 一簇电压容忍度曲线 10 测试报告 测试报告应包含能重现的全部测试信息，应包括但不限于下列内容： a) 测试对象信息： 受试设备样品名称； 型号或规格； 额定技术参数（如：额定电压、电流、频率、三相/单相等）； 生产厂家； 出厂编号； 出厂日期。 b) 测试环境信息： 时间； 温度； 湿度； 海拔； 任何进行测试的专门环境条件（如有）。 c) 测试人员信息： 测试数据记录或报告编制人员； 测试报告审核人员； 测试报告签发人员。 d) 测试设备信息： 名称； 型号； 测量范围及精度； 检定日期。 e) 测试数据信息： T/CPSS 10082020 8 依据标准、项目及条款号； 受试设备运行状态； 测试中和测试后的受试设备输入电压和电流波形； 电压暂降类型； 相位跳变； 暂降起始角； 波形畸变； 持续时间。 f) 测试结果信息。 g) 其他信息（如有）： 确保测试进行的任何特定条件； 影响测试结果的特殊说明； 关键测试数据的不确定度分析。 测试报告模板参见附录C，数据格式参见附录D。 T/CPSS 10082020 9 附 录 A （资料性附录） 三相系统电压暂降类型 IEEE Std 1668对额定电压低于1 kV用电设备的电压暂降耐受能力测试进行了规定，其测试相量如表A.1所示。其中，E为系统正常时相电压，X表示残余相电压。 表A.1 IEEE 标准电压暂降类型 类型 向量图 表达式 I 型 abb1132211322VXVEjEVEjE= = + II 型 （IEC 的 3c 型） abb1132211322VEVEjXVEjX= = + II.A1 型 （IEC 的 3b 型） abb1132211(2) 322VEVEjEVEjXE= = + II.A2 型 （IEC 的 3d 型） abb1132211322VEVXjXVXjX= = + III 型 abb1132211322VXVXjXVXjX= = + B T/CPSS 10082020 10 附 录 B （规范性附录） 测试流程 B.1 单相设备测试流程图 单相设备测试流程如图B.1所示。 开始设定受试设备条件设定相位跳变 PS=0设定暂降起始角 PoW=0设定残余电压 U=0%设定持续时间 T=10ms测试是否通过性能判据？记录波形和数据已测试所有残余电压？拟合 VTC已测试所有暂降起始角？已测试所有相位跳变？已测试所有受试设备条件？结束按相应步长增大持续时间 T改变残余电压 U改变暂降起始角 PoW改变相位跳变 PS改变受试设备条件YYYYYNNNNN 图 B.1 单相设备测试流程 T/CPSS 10082020 11 B.2 三相设备测试流程图 三相设备流程如图B.2所示。 开始设定受试设备条件设定电压谐波THD=0%设定相位跳变 PS=0设定暂降起始角 PoW=0设定残余电压 U=0%设定持续时间 T=10ms测试是否通过判断标准记录波形和数据已测试所有残余电压拟合 VTC已测试所有暂降起始角已测试所有相位跳变已测试所有电压谐波组合已测试所有受试设备条件结束按相应步长增大持续时间 T改变残余电压 U改变暂降起始角 PoW改变相位跳变 PS改变电压谐波THD及组合改变受试设备条件YYYYY设定电压暂降类型已测试所有暂降类型YY改变暂降类型NNNNNNN 图 B.2 三相设备测试流程 T/CPSS 10082020 12 附 录 C （资料性附录） 测试报告模板 C.1 测试报告封面 测试报告模版的封面如图C.1所示。 图C.1 测试报告封面 T/CPSS 10082020 13 C.2 测试报告内页 测试报告模版内页如图C.2所示。 图C.2 测试报告内页 T/CPSS 10082020 14 附 录 D （资料性附录） 测试结果数据格式 测试数据建议采用如下定义方式： 样品名称：字符串类型，长度不超过 30 字符； 生产厂家：字符串类型，长度不超过 30 字符； 样品型号：字符串类型，长度不超过 30 字符； 出厂编号：字符串类型，长度不超过 30 字符； 出厂日期：时间类型； 额定参数：字符串类型，长度不超过 100 字符，包含额定功率、额定电压等； 单相/三相设备标识：枚举类型（1.单相；2.三相）； 测试单位：字符串类型，长度不超过 30 字符； 测试人员：字符串类型，长度不超过 30 字符； 测试设备：“型号”、“出厂编号”、“校验单位”为字符串类型，长度不超过 30 字符；“生产日期”和“校验日期”为时间类型； 测试时间：时间类型； 测试环境：浮点数类型，包含测试温度、湿度、大气压等； 特殊说明：字符串类型，长度不超过 500 字符，非必填项； 设备运行状态：字符串类型，长度不超过 30 字符； 电压暂降类型： 枚举类型 （1.单相暂降， 2.三相暂降， 3.A 相暂降， 4.B 相暂降， 5.C 相暂降，6.AB 相暂降，7.BC 相暂降，8.CA 相暂降）； 相位跳变：浮点数类型； 暂降起始角：浮点数类型； 波形畸变：“谐波次数”为枚举类型，1 到 12 分别表示 2-13 次谐波；“电压畸变率”和“谐波相位”为浮点数类型； 残余电压：浮点数类型； 持续时间：浮点数类型。 T/CPSS 10082020 15 参 考 文 献 1 IEEE Std 1668-2017, IEEE Recommended Practice for Voltage Sag and Short Interruption Ride-Through Testing for End-Use Electrical Equipment Rated Less than 1 000 V S. IEEE, New York (USA), 2017 2 JWG CIGRE-CIRED C4.110, Voltage Dip Immunity of Equipment and Installations R. CIGRE, Apr. 2010 3 Bollen, M. H. J., Understanding Power Quality ProblemsVoltage Sags & Interruptions M. IEEE Press, 2000 4 Bollen, M. H. J., Signal Processing of Power Quality Disturbances M. IEEE Press, 2006 5 Djokic, S. Z., J. V. Milanovic, and D. S. Kirschen, Sensitivity of the ac coil contactors to voltage sags, short interruptions, and undervoltage transients J. IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 19, no. 3, pp. 12991307, July 2004 6 IEEE Std.1346. IEEE Recommended Practice for Evaluating Electric Power System Compatibility with Electronic Process Equipment S, 1998 7 Djokic S Z, Stockman K, Milanovic J V, et al. Sensitivity of AC adjustable speed drives to voltage sags and short interruptions J. IEEE Transactions on Power Delivery, 2005, 20(1): 494505 8 Math H J, Lidong D. Zhang. Analysis of Voltage Tolerance of AC Adjustable-Speed Drives for Three-Phase Balanced and Unbalanced Sags J. IEEE Transaction on Industry Applications, 2000, 36(3):904910 9 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J.电工技术学报, 2015, 30(20): 136-146 10 莫文雄,许中,陈伟坤,王勇,马智远,钟庆.自动扶梯电压暂降抗扰特性测试J.供用电,2018,35(02):18-23 11 许中,莫文雄,张哲,钟庆.城市电网电压暂降事件聚类分析J.供用电,2018,35(02):31-35+17 12 钟庆,吴浩波,贺哲,等.交流接触器电压暂降非单调抗扰特性分析J.电力系统自动化,2018,42(3):112-117