基于碳化硅電源的雙芯智能電能表的可靠性測(cè)試研究

劉型志,魏長(zhǎng)明,田娟,李松濃,王蕊 ,盤秋榮

(1.國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司營(yíng)銷服務(wù)中心, 重慶 401121; 2.國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司電力科學(xué)研究院,重慶 401123;3.武漢盛帆電子股份有限公司, 武漢 430200)

0 引 言

我國(guó)在2009年發(fā)布了智能電能表的一系列標(biāo)準(zhǔn),之后,國(guó)家電網(wǎng)依據(jù)此套標(biāo)準(zhǔn)在2009年招標(biāo)了第一批智能電能表,從這個(gè)時(shí)候開(kāi)始,我國(guó)的智能電能表正式進(jìn)入每家每戶,智能電能表在計(jì)量精度、抄表便利性等帶來(lái)了突破性的進(jìn)展。隨著十多年的發(fā)展,早期智能電能表的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)在的要求,并且早期電能表的壽命已經(jīng)到期,急需要更換新表,基于以上的原因,國(guó)家電網(wǎng)依據(jù)國(guó)際法制計(jì)量組織(OIML)發(fā)布的IR46標(biāo)準(zhǔn)提出了雙芯智能電能表的想法[1-2]。雙芯智能電能表由于功能的增加,導(dǎo)致表計(jì)需要提供的功耗比現(xiàn)行智能電能表大的多。由于線性電源具有可靠性高、成本低等優(yōu)點(diǎn),所以現(xiàn)行智能電能表內(nèi)部的電源方案基本采用的是線性電源。然而線性電源的效率低、體積大等缺陷已經(jīng)無(wú)法滿足雙芯智能電能表對(duì)電源的要求,相比與線性電源,開(kāi)關(guān)電源具有效率高、體積小等優(yōu)點(diǎn),非常適合雙芯智能電能表的電源方案。由于智能電能表運(yùn)行的環(huán)境復(fù)雜,對(duì)電源的可靠性要求非常高,所以如何保證開(kāi)關(guān)電源的可靠性運(yùn)行是重點(diǎn)。

相對(duì)于傳統(tǒng)硅器件而言,碳化硅SiC器件具有更高的耐壓、更低的導(dǎo)通電阻、耐高溫、開(kāi)關(guān)速度更快、可靠性更高等諸多優(yōu)點(diǎn)[3-5]。將碳化硅MOSFET應(yīng)用到開(kāi)關(guān)電源中,可以有效地提高開(kāi)關(guān)電源的可靠性,從而將基于IR46標(biāo)準(zhǔn)的雙芯智能電能表與碳化硅開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行有機(jī)融合起來(lái),推動(dòng)電力二次設(shè)備的技術(shù)升級(jí),有效降低智能電網(wǎng)運(yùn)行成本和維護(hù)成本,為建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)提供基礎(chǔ)支撐[6]。由于基于碳化硅電源的雙芯智能電能表是新技術(shù)在工程領(lǐng)域特別是電力用電行業(yè)的重要嘗試,目前還沒(méi)有建立完備、成熟的可靠性檢測(cè)方案及評(píng)價(jià)體系,因此基于碳化硅電源的雙芯智能電能表的可靠性及檢測(cè)技術(shù)的問(wèn)題尤為突出[7-8]。

文中從電能表運(yùn)行環(huán)境出發(fā),研究與電能表可靠性相關(guān)的各種過(guò)應(yīng)力,用實(shí)驗(yàn)的方法模擬出各種過(guò)應(yīng)力可靠性測(cè)試。

1 雙芯智能電能表介紹

雙芯智能電能表為實(shí)現(xiàn)IR46中法制計(jì)量部分與非法制計(jì)量部分相互獨(dú)立的要求,采用“計(jì)量MCU+管理MCU”的雙芯獨(dú)立模組化設(shè)計(jì)[9-10],對(duì)法制計(jì)量部分進(jìn)行有效的軟硬件的安全防護(hù),同時(shí)兼顧下一代國(guó)網(wǎng)電能表的新需求,對(duì)現(xiàn)有智能表的技術(shù)方案進(jìn)行大幅升級(jí)改造。雙芯智能電能表主要由計(jì)量芯模塊、管理芯模塊、電源模塊三大部分組成,其整體設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

圖1 雙芯智能電能表整體設(shè)計(jì)方案

第一部分表示計(jì)量模組,表計(jì)的核心部分,主要承擔(dān)電能計(jì)量任務(wù),以及計(jì)量特性防護(hù)功能等,除與管理芯之間的SPI通信接口外,為用于法制數(shù)據(jù)的上傳與溯源,還具備獨(dú)立的RS485外部通信接口[11],其中計(jì)量部分不能進(jìn)行軟件升級(jí),主要功能電路包括：采樣電路、計(jì)量芯片、ESAM、計(jì)量芯MCU、EEPROM、FLASH、RS485、時(shí)鐘電路、電源管理、脈沖輸出等。

第二部分表示管理模組,承擔(dān)整表的管理任務(wù),除具備目前國(guó)網(wǎng)營(yíng)銷業(yè)務(wù)要求的基本功能外,還負(fù)責(zé)對(duì)其它模組的數(shù)據(jù)分發(fā)和管理,主要功能電路包括管理芯MCU、上下行模塊、擴(kuò)展模塊、藍(lán)牙、紅外、抄表電池、ESAM、顯示、按鍵、存儲(chǔ)等。為保證計(jì)量芯與管理芯相互獨(dú)立,兩者采用物理分離機(jī)制,通過(guò)SPI接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

第三部分是系統(tǒng)電源,在電網(wǎng)復(fù)雜供電環(huán)境下,電源系統(tǒng)要求具有優(yōu)良的輸出精度指標(biāo)和效率指標(biāo),還要面對(duì)多路低壓、高精度、大電流的供電回路使用要求,具有較低的紋波噪聲水平,高可靠性的環(huán)路特性,優(yōu)異的MTBF(平均無(wú)故障時(shí)間)指標(biāo),以保證電源系統(tǒng)達(dá)到適應(yīng)電力應(yīng)用的高性能電源系統(tǒng)要求。

對(duì)于電力系統(tǒng)常規(guī)輸入電壓(AC85 V～265 V)的小功率開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用,綜合效率及成本,采用反激式拓?fù)渥顬槌Ｒ?jiàn)。傳統(tǒng)硅材料開(kāi)關(guān)管的耐壓等級(jí)通常為650 V、700 V和800 V,而對(duì)于三相應(yīng)用來(lái)說(shuō),考慮到變壓器的反射電壓及漏感和設(shè)計(jì)余量,傳統(tǒng)器件耐壓等級(jí)完全無(wú)法滿足要求。若單純采用一個(gè)高壓開(kāi)關(guān)器件,如1000 V或1200 V以上的功率開(kāi)關(guān)器件,可挑選余地不大,且成本也較高、可靠性差。而碳化硅材料具有耐高壓、耐高溫特性以及基于碳化硅材料研制的開(kāi)關(guān)電源具有較寬的輸入電壓范圍,可以有效解決上述問(wèn)題。

為此,采用基于碳化硅MOSFET電源管理芯片應(yīng)用到雙芯智能電能表開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)中,而基于碳化硅器件的高功率電源管理芯片,主要實(shí)現(xiàn)以碳化硅為功率器件的電源系統(tǒng)的管理和控制。相比傳統(tǒng)硅材料電源來(lái)說(shuō),碳化硅材料開(kāi)發(fā)出的開(kāi)關(guān)電源在相同設(shè)計(jì)功率下所用變壓器尺寸小、穩(wěn)定性強(qiáng),可實(shí)現(xiàn)更寬的輸入電壓范圍、獲取更高的轉(zhuǎn)換效率、抗干擾能力強(qiáng)、耐高溫等特點(diǎn)。

2 電能表應(yīng)力環(huán)境分析

電能表的輸入端連接交流供電電網(wǎng),輸出端連接用戶負(fù)載,由于交流供電電網(wǎng)的電纜連接著各種負(fù)載,并且裸露在空氣中,所以電網(wǎng)上耦合了各種電信號(hào)。表計(jì)安裝的現(xiàn)場(chǎng)非常多樣,有安裝在室內(nèi),也有安裝在室外,有安裝在炎熱的南方,也有安裝在嚴(yán)寒的北方,從早期表計(jì)的運(yùn)行情況看,電能表運(yùn)行的應(yīng)力環(huán)境主要包括：電應(yīng)力、溫度應(yīng)力、氣候應(yīng)力。電應(yīng)力主要包括：浪涌、諧波干擾、高壓輸入、電磁干擾、外部恒定強(qiáng)磁場(chǎng)干擾、過(guò)電流等;溫度應(yīng)力主要包括：高溫應(yīng)力、低溫應(yīng)力;氣候應(yīng)力主要包括：濕度應(yīng)力[12]。

2.1 浪涌

根據(jù)電能表安裝環(huán)境,電能表承受的浪涌應(yīng)力主要包括：快速瞬變脈沖群、靜電和雷擊浪涌[13]。供電電網(wǎng)上的一些大型電機(jī)設(shè)備啟停、電網(wǎng)開(kāi)關(guān)的拉合閘、感性負(fù)載設(shè)備故障等都會(huì)在供電電網(wǎng)線上產(chǎn)生脈沖群,脈沖群通過(guò)電網(wǎng)線耦合到電能表,這類干擾的特點(diǎn)是：成群出現(xiàn)的窄脈沖、陡峭的上升沿、能量集中、較高的重復(fù)頻率等,對(duì)智能電能表的供電端口和數(shù)據(jù)輸入輸出端口有較大影響,容易引發(fā)電能表死機(jī)或計(jì)量故障;同時(shí),我國(guó)長(zhǎng)江以南每年都會(huì)出現(xiàn)大量的雷雨天氣,雷擊產(chǎn)生的浪涌容易耦合到供電電網(wǎng)上,雷擊產(chǎn)生的浪涌信號(hào)具有電壓高、能量高等特點(diǎn),一旦耦合到電能表中,電能表很容易出現(xiàn)爆炸、燒表等嚴(yán)重的故障;另外,電能表在生產(chǎn)和使用過(guò)程中無(wú)法避免周圍環(huán)境中的靜電電荷或者人體攜帶的靜電電荷,一旦進(jìn)入電能表,會(huì)造成敏感元器件的損壞,導(dǎo)致電能表出現(xiàn)異常故障。

2.2 諧波干擾

電能表在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境中不可避免受到電力系統(tǒng)中的諧波干擾：一方面,用戶端使用劣質(zhì)的電器,比如：電動(dòng)汽車充電器等,這類非線性用電設(shè)備的使用很容易導(dǎo)致電網(wǎng)的波形畸變,使電網(wǎng)中出現(xiàn)諧波干擾;另一方面,供電系統(tǒng)本身從發(fā)電廠通過(guò)一系列變電站逐步降低至家用電壓等級(jí)的輸配電過(guò)程中,諸如變壓器、電容器、電抗器等非線性元件的大量使用,也會(huì)引入諧波問(wèn)題。對(duì)電能表而言,電網(wǎng)中諧波引起的電壓電流波形畸形均會(huì)帶來(lái)計(jì)量誤差,且碳化硅高頻開(kāi)關(guān)電源變壓器更易受諧波干擾出現(xiàn)磁滯或渦流現(xiàn)象,使之承受的電應(yīng)力增大,局部開(kāi)始發(fā)熱,噪音增加,從而加速器件的老化[14〗。當(dāng)諧波干擾超出電能表可承受范圍時(shí),甚至出現(xiàn)燒毀等嚴(yán)重情況。因此,有必要采取相關(guān)有效的檢測(cè)手段來(lái)評(píng)價(jià)雙芯智能電能表抗諧波能力。

2.3 高壓輸入

當(dāng)變電站出現(xiàn)問(wèn)題時(shí),電網(wǎng)會(huì)出現(xiàn)短時(shí)的高電壓,或者變電站中三相的降壓變壓器,突然一相或者二相出現(xiàn)故障,導(dǎo)致三相變壓器失去平衡,這樣有可能會(huì)導(dǎo)致剩余的幾相電壓突變的很高,嚴(yán)重的會(huì)超過(guò)380 V以上,最終都會(huì)造成電能表輸入電壓過(guò)高,當(dāng)超過(guò)開(kāi)關(guān)電源中MOS管和電解電容耐壓時(shí),就容易被高壓擊穿或燒毀,造成電源無(wú)法正常工作。因此,開(kāi)關(guān)電源中的碳化硅MOS管和電解電容耐壓值應(yīng)作為智能電能表抗高壓損壞的重要指標(biāo)。

2.4 電磁干擾

智能電能表安裝使用環(huán)境多種多樣,使用過(guò)程中容易遭受到各種電磁干擾,從傳播途徑分為：傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。傳導(dǎo)干擾主要是指干擾信號(hào)通過(guò)電力線直接干擾到電能表;輻射干擾主要是指干擾源通過(guò)空間輻射干擾到電能表。電力線上連接的其它開(kāi)關(guān)電源、充電樁、高頻電力設(shè)備等是主要產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾源設(shè)備。這類設(shè)備產(chǎn)生的干擾頻率高,通過(guò)電力線可以傳輸很遠(yuǎn)的距離,很容易耦合到電能表中。另外,無(wú)線電廣播電臺(tái)、手機(jī)、無(wú)線基站等設(shè)備在空氣中發(fā)射著各種電磁波,電磁波是輻射干擾的主要干擾源,這種干擾容易引起電能表的運(yùn)行穩(wěn)定性。

2.5 外部恒定強(qiáng)磁場(chǎng)干擾

有一些非法人員用永久磁鐵靠近電能表,使得智能電能表受到外部恒定磁場(chǎng)的干擾,電壓/電流采樣互感器幅值和相位發(fā)生改變,進(jìn)而導(dǎo)致電能表的計(jì)量不準(zhǔn)確。另外,開(kāi)關(guān)電源中變壓器受外部磁場(chǎng)影響時(shí),會(huì)有磁感應(yīng)線穿過(guò)變壓器,使變壓器的渦流損耗增加,導(dǎo)致內(nèi)部溫度升高使過(guò)熱保護(hù)裝置動(dòng)作,最終導(dǎo)致電能表黑屏或死機(jī)。同時(shí),恒定磁場(chǎng)還會(huì)對(duì)液晶屏和負(fù)荷開(kāi)關(guān)產(chǎn)生影響,造成負(fù)荷開(kāi)關(guān)誤動(dòng)作、液晶屏無(wú)法正常顯示等諸多故障。因此,雙芯智能電能表需具備抗外部恒定強(qiáng)磁場(chǎng)干擾能力。

2.6 過(guò)電流

新一代雙芯智能電能表支持多元化高速通信,至少包含3種模塊,包括：上行通信模塊、下行通信模塊以及擴(kuò)展通信模塊。這些模塊都是從電能表上取電,而通信模塊在運(yùn)行中較易出現(xiàn)一些故障,比如死機(jī)、不停發(fā)送數(shù)據(jù)等,這會(huì)導(dǎo)致通信模塊會(huì)出現(xiàn)短時(shí)間的大電流或者短路等過(guò)電流現(xiàn)象,可能造成電能表黑屏、無(wú)法計(jì)量等。因此,檢測(cè)雙芯智能電能表時(shí),應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注通信模塊出現(xiàn)短路或者過(guò)流輸出時(shí),是否影響法制計(jì)量部分功能。

2.7 高溫、低溫、濕度

電能表安裝的地區(qū)各種各樣,有極冷的北方,也有炎熱的南方,也有高濕度的沿海地區(qū)。對(duì)于安裝在戶外的電能表,這會(huì)導(dǎo)致電能表所處的氣候更加的嚴(yán)酷。在低溫的環(huán)境中,電能表的電容、電阻等元器件性能會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的下降,這會(huì)導(dǎo)致電源的紋波、電壓、輸出電流等性能變差,電能表設(shè)計(jì)不當(dāng),會(huì)導(dǎo)致電能表工作出現(xiàn)異常;在高溫高濕的環(huán)境下則容易加速元器件老化,隨著電能表運(yùn)行的時(shí)間,電能表的性能也會(huì)下降;在濕度高的環(huán)境下,元器件的漏電流急劇增加,如果設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)不當(dāng),還會(huì)導(dǎo)致局部電路短路,嚴(yán)重影響表計(jì)的正常工作[15]。

3 檢測(cè)方案

為解決新標(biāo)準(zhǔn)和碳化硅開(kāi)關(guān)器件新技術(shù)帶來(lái)的可靠性試驗(yàn)缺乏標(biāo)準(zhǔn)的問(wèn)題,根據(jù)以上的運(yùn)行環(huán)境分析,在研究新一代智能電能表各項(xiàng)應(yīng)力的基礎(chǔ)上,制定出各項(xiàng)檢測(cè)方案,主要包括：浪涌試驗(yàn)、諧波干擾試驗(yàn)、高壓輸入試驗(yàn)、電磁干擾試驗(yàn)、外部恒定強(qiáng)磁場(chǎng)干擾試驗(yàn)、接口異常輸出試驗(yàn)、高溫試驗(yàn)、低溫試驗(yàn)、交變濕熱試驗(yàn)。

3.1 浪涌試驗(yàn)

浪涌試驗(yàn)主要包括：雷擊浪涌試驗(yàn)、靜電試驗(yàn)、快速瞬變脈沖群試驗(yàn)。

雷擊浪涌主要模擬的是感應(yīng)雷擊浪涌,感應(yīng)雷擊的強(qiáng)度一般主要與雷擊點(diǎn)的距離和雷云對(duì)地放電電流有關(guān),當(dāng)電力線或電能表與雷擊點(diǎn)距離大于75 m時(shí),雷擊的感應(yīng)電壓可以大致為U=25I/L,I為直接雷電流,L為電力線或者電能表對(duì)地的高度,表計(jì)一般安裝在表箱內(nèi),所以雷擊感應(yīng)主要還是通過(guò)電力線耦合到電能表,感應(yīng)雷擊的電壓在電力線上形成的電壓一般低于6 kV,結(jié)合《GB/T 17626.5-2019 電磁兼容試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)浪涌(沖擊)抗擾度試驗(yàn)》試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),雷擊浪涌的試驗(yàn)試驗(yàn)方法可以采用標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)方法,試驗(yàn)電壓可以提高到6 kV。

靜電試驗(yàn)主要模擬人體靜電對(duì)表計(jì)的損傷,表計(jì)受人體靜電的攻擊主要出現(xiàn)在生產(chǎn)、安裝、維修、插卡購(gòu)電等環(huán)節(jié),電能表的靜電試驗(yàn)與大部分電子產(chǎn)品相同,參考《GB/T 17626.2-2018電磁兼容試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)靜電放電抗擾度試驗(yàn)》即可,試驗(yàn)直接放電的靜電電壓為8 kV,空氣放電的電壓為12 kV。

快速瞬變脈沖群主要由感性用電設(shè)備的啟停和供電系統(tǒng)異常引起的電壓劇烈波動(dòng),前者產(chǎn)生的電壓大概在電網(wǎng)電壓的3～5倍,后者產(chǎn)生的電壓大概在4～6倍,電壓信號(hào)一般為正負(fù)脈沖,振蕩頻率可以高達(dá)2 MHz。由于電能表安裝在電力線上,電能表會(huì)經(jīng)常遭受快速瞬變脈沖群的攻擊,所以快速瞬變脈沖群試驗(yàn)是可靠性測(cè)試中非常重要的試驗(yàn)。試驗(yàn)方法可以參考《GB/T 17626.4-2018 電磁兼容 試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù) 電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗(yàn)》,考慮到試驗(yàn)的重要性,電壓強(qiáng)度需要提升20%,試驗(yàn)電壓為4.5 kV較為合適。

浪涌試驗(yàn)的檢測(cè)方案如表1所示。

表1 浪涌試驗(yàn)檢測(cè)方案

3.2 諧波干擾試驗(yàn)

我國(guó)供電的電網(wǎng)電壓的頻率為50 Hz,正常情況下的電壓波形為正弦波,當(dāng)正弦波的波形畸變時(shí),波形將會(huì)由基波信號(hào)和諧波信號(hào)疊加組成,電網(wǎng)中最常見(jiàn)的畸變波形主要有：90°相位觸發(fā)波、方波、尖頂波[16]。波形圖見(jiàn)圖2～圖4。

除了以上波形,現(xiàn)場(chǎng)使用過(guò)程往往還有更加復(fù)雜的諧波波形,這些波形沒(méi)法預(yù)測(cè),如果只是模擬上面3種波形,很難覆蓋其它的諧波干擾,如果使用單次諧波,而通過(guò)測(cè)試多種頻率的單次諧波,可以有效地覆蓋其它的諧波信號(hào)[17],單次諧波的波形如圖5所示。

圖2 90°相位觸發(fā)波形

圖3 方頂波波形

圖4 尖頂波波形

圖5 單次諧波波形

對(duì)于測(cè)試的最高諧波次數(shù),根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況,由于電力線對(duì)高頻的信號(hào)衰減很大,所以對(duì)于高次諧波信號(hào)一般都比較弱,測(cè)試到100次諧波即可;對(duì)于最低的諧波次數(shù),表計(jì)對(duì)工作頻率有一定的范圍,500 Hz以下的信號(hào)基本都能正常工作,所以低次諧波測(cè)試到10次即可,諧波干擾的測(cè)試方案如表2所示。

3.3 高壓輸入試驗(yàn)

我國(guó)單相用電的電壓為220 V,三相用電的電壓為380 V。以單相電為例,高壓的輸入主要存在以下兩個(gè)方面：一、單相在用電高低峰時(shí)期,電壓會(huì)存在一定的波動(dòng),在用電低峰的時(shí)候,電壓最高,一般最高電壓不會(huì)超過(guò)265 V;二、零線誤接到其它火線,導(dǎo)致相電壓變線電壓,電壓將會(huì)達(dá)到380 V,考慮到線電壓的波動(dòng),所以最高電壓將會(huì)達(dá)到380 V的1.1倍,大約為420 V。高壓輸入試驗(yàn)的檢測(cè)方案如表3所示。

表2 諧波干擾試驗(yàn)檢測(cè)方案

表3 高壓輸入試驗(yàn)檢測(cè)方案

3.4 電磁干擾試驗(yàn)

電磁干擾試驗(yàn)主要包括兩個(gè)試驗(yàn)：無(wú)線電輻射干擾試驗(yàn)、傳導(dǎo)干擾試驗(yàn)。無(wú)線電輻射干擾試驗(yàn)主要參考《GB/T 17626.3-2016 電磁兼容 試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù) 射頻電磁場(chǎng)輻射抗擾度試驗(yàn)》;傳導(dǎo)干擾試驗(yàn)主要參考《GB/T 17626.6-2017 電磁兼容 試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù) 射頻場(chǎng)感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度》,電能表按照以上的標(biāo)準(zhǔn),接入正常電壓,在電磁干擾的環(huán)境下,表計(jì)需正常工作,精度不應(yīng)該受到影響,且滿足精度等級(jí)要求。

3.5 外部恒定磁場(chǎng)試驗(yàn)

外部恒定磁場(chǎng)試驗(yàn)主要驗(yàn)證電能表在恒定磁場(chǎng)環(huán)境下,是否受到影響,外部恒定磁場(chǎng)干擾主要來(lái)源非法人員使用永久磁場(chǎng)放置在電能表附件,根據(jù)市面上永久磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度,此試驗(yàn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為300 mT±30 mT,具體的方法步驟如表4所示。

表4 外部恒定磁場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)方案

3.6 接口異常輸出試驗(yàn)

接口異常輸出試驗(yàn)主要是驗(yàn)證電能表各通信接口功能,當(dāng)發(fā)生輸出異常包括過(guò)流輸出和短路輸出時(shí),是否會(huì)影響電能表正常工作,具體測(cè)試方法如表5所示。

表5 異常輸出試驗(yàn)

3.7 高溫、低溫試驗(yàn)

由于部分表計(jì)會(huì)安裝在室外,在一些高溫地區(qū),炎熱的夏天,太陽(yáng)會(huì)直射到表箱上,加上表箱是鐵制品,非常容易傳熱,所以表箱的溫度會(huì)非常高,高溫可以高達(dá)60 ℃;在一些北方的低溫地區(qū),寒冷的冬天,室外的溫度可以達(dá)到-25 ℃以下。對(duì)于試驗(yàn)方案溫度,考慮到一些極端的環(huán)境,高溫測(cè)試溫度定為70 ℃,低溫定位-40 ℃,高低溫試驗(yàn)檢測(cè)方案如表6所示。

表6 高低溫試驗(yàn)檢測(cè)方案

3.8 交變濕熱試驗(yàn)

交變濕熱試驗(yàn)主要參考《GB/T2423.4-2016電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)第2部分：試驗(yàn)方法試驗(yàn)Db：交變濕熱(12 h+12 h循環(huán))》標(biāo)準(zhǔn),試驗(yàn)的條件如下：

a)表計(jì)接入基準(zhǔn)電壓和電流;

b)試驗(yàn)上限溫度：+55 ℃±2 ℃;

c)不采取特殊的措施來(lái)排除表面潮氣;

d)試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間： 6個(gè)周期。

試驗(yàn)結(jié)束后,電能表應(yīng)立即正確工作,精度滿足等級(jí)要求。試驗(yàn)結(jié)束后24 h,應(yīng)對(duì)電能表進(jìn)行以下試驗(yàn)：絕緣試驗(yàn)和功能試驗(yàn),電能表應(yīng)正確工作,不出現(xiàn)任何可能影響電能表功能特性的機(jī)械損傷或腐蝕的痕跡。

4 結(jié)束語(yǔ)

文中研究的基于碳化硅電源的雙芯智能電能表,為新技術(shù)在電力系統(tǒng)中的首次嘗試,建立有效可靠的可靠性檢測(cè)具有十分重要的意義。文中給出了雙芯智能電能表的總體方案設(shè)計(jì),根據(jù)現(xiàn)有智能電能表運(yùn)行環(huán)境,同時(shí)結(jié)合碳化硅開(kāi)關(guān)電源和雙芯智能電能表特點(diǎn),進(jìn)行各項(xiàng)應(yīng)力分析,給出了其可靠性檢測(cè)方案。

文中的可靠性檢測(cè)方案為基于碳化硅電源的雙芯智能電能表的可靠性檢測(cè)具體實(shí)施提供了有效合理的解決方案,具有十分重要的指導(dǎo)意義,但還需進(jìn)一步研究,以大量測(cè)試數(shù)據(jù)為依托,結(jié)合電能表各種表型特點(diǎn)、成本和可行性考慮,以確定整機(jī)的可靠性細(xì)化指標(biāo),分析、合理分配和估算重要元器件,以對(duì)可靠性指標(biāo)進(jìn)行有效地控制,提高整機(jī)產(chǎn)品可靠性,更好地發(fā)揮碳化硅器件開(kāi)關(guān)電源用在雙芯智能電能表上的效率更高、抗干擾能力更強(qiáng)等突出優(yōu)勢(shì),有效降低智能電網(wǎng)運(yùn)行成本和維護(hù)成本。