NF FRA5097频率特性分析仪在电力通信中的应用 频率, 分析仪

思维翱翔

本文详细讲述了NF FRA5097频率特性分析仪在电力通信中的应用，具体的应用方法和方案如下，方案的最终解释权为东方集成所有，谢谢。

客户名称：XX电力研究院
实验室：XX载波仿真实验室
行业领域：电力线路通信
测试设备：株式会社NF回路设计公司FRA5097

客户需求：
FRA5097频率特性分析仪用在测试电力线线路上的节点阻抗。客户此次测试环境是室内配线的阻抗测量。

阻抗测量：
    FRA的主要用途，除了增益-相位测量之外，还有阻抗特性的测量。可以用FRA的2个通道的分析输入来测量电压分量和电流分量，再通过除法运算，可求得阻抗的绝对值和相位（附属阻抗）。
    通常使用专用的测量仪器LCR来测量阻抗。对于用LCR表和FRA来测量阻抗，两者之间的比较如下表所示。



   
用FRA进行阻抗测量，其精度不如LCR表，但是最大的有点事测量电压和电流可以自由设定。可用放大器来放大振荡器的输出信号，由此可在试样上施加最大可达250Vrms的电压。如果使用电流互感器（CT），那么测量电流也可达到数十安培以上。

电灯线（室内配线）的阻抗测试
       采用电流检测的方法可测量在带电状态下的电灯线阻抗。
    FRA具有绝缘耐压250Vrms、最大测量电压250Vrms性能，故无需用绝缘变压器和降压变压器，就可进行不受变压器特性影响的测量。







R为电流检测电阻，用于检测FRA的内部振荡器对于线路所注入的信号电流分量。考虑到线路阻抗，该电阻取10W左右的值比较合适。C用于限制100V 50/60Hz的大信号逆向注入到FRA的内部振荡器中的逆向电流。约为1uF左右比较合适，但是必须注意其绝缘耐压特性。在通道1（CH1）中检测出电流分量、在通道2（CH2）中检测出线路电压，用FRA来测量CH1/CH2，就可显示出电灯线的阻抗特性。
    如果将FRA的积分时间设定为线路的基波的整数周期，那么在DFT运算时就会将基波分量除去，由此减少测量误差。200ms虽是一个适当的值，但要设定比200ms更长的积分时间时，必须将此设定为基波的整数周期。

客户使用情况：
       客户在智能电表的抄表应用当中，使用FRA来测量线路上载波信号的阻抗特性。针对XX电力研究院客户的特殊使用环境，在FRA的使用上需要特别注意以下事项：
1.         第一次实验接线图





现场图片


2.         第二次实验接线图
由于中国国内电压在220Vrms，FRA虽然绝缘耐压在250Vrms，但要注意市电电压不稳定对FRA设备的冲击。我们额外增加R1和C为了保护OSC端口不被打坏。必要时需要添加衰减隔离器（如下图片所示），保护设备。如图所示：






关于衰减隔离器，用户采用20dBm（黄色标记部分）：

常用单位换算表   
dBm/mW/dBmV/mV(RMS)/mVp/mVpp/uV(RMS)/dBuV常用单位换算表（50欧阻抗下）

dBm   mW      dBmV    mV(RMS)   mVp     mVpp    uV(RMS)   dBuV
-130  1.00E-13   -83.01   7.07E-05   1.00E-04   2.00E-04  7.07E-02   -23.01
-100  1.00E-10   -53.01   2.24E-03   3.16E-03   6.32E-03  2.24E+00   6.99
-50   1.00E-05   -3.01    7.07E-01   1.00E+00   2.00E+00  7.07E+02   56.99
-45   3.16E-05   1.99     1.26       1.78       3.56      1.26E+03   61.99
-40   1.00E-04   6.99     2.24       3.16       6.32      2.24E+03   66.99
-35   3.16E-04   11.99    3.98       5.62       11.25     3.98E+03   71.99
-30   1.00E-03   16.99    7.07       10.00      20.00     7.07E+03   76.99
-25   3.16E-03   21.99    12.57      17.78      35.57     1.26E+04   81.99
-20   0.01       26.99    22.36      31.62      63.25     2.24E+04   86.99
-15   0.03       31.99    39.76      56.23      112.47    3.98E+04   91.99
-10   0.10       36.99    70.71      100.00     200.00    7.07E+04   96.99
-5    0.32       41.99    125.74     177.83     355.66    1.26E+05   101.99
0     1.00       46.99    223.61     316.23     632.46    2.24E+05   106.99
1     1.26       47.99    250.89     354.81     709.63    2.51E+05   107.99
2     1.58       48.99    281.50     398.11     796.21    2.82E+05   108.99
3     2.00       49.99    315.85     446.68     893.37    3.16E+05   109.99
4     2.51       50.99    354.39     501.19     1002.37   3.54E+05   110.99
5     3.16       51.99    397.64     562.34     1124.68   3.98E+05   111.99
6     3.98       52.99    446.15     630.96     1261.91   4.46E+05   112.99
7     5.01       53.99    500.59     707.95     1415.89   5.01E+05   113.99
8     6.31       54.99    561.67     794.33     1588.66   5.62E+05   114.99
9     7.94       55.99    630.21     891.25     1782.50   6.30E+05   115.99
10    10.00      56.99    707.11     1000.00    2000.00   7.07E+05   116.99
………………………………………………
17    50.12      63.99    1583.01    2238.72    4477.44   1.58E+06   123.99
18    63.10      64.99    1776.17    2511.89    5023.77   1.78E+06   124.99
19    79.43      65.99    1992.90    2818.38    5636.77   1.99E+06   125.99
20    100.00     66.99    2236.07    3162.28    6324.56   2.24E+06   126.99
21    125.89     67.99    2508.91    3548.13    7096.27   2.51E+06   127.99
22    158.49     68.99    2815.04    3981.07    7962.14   2.82E+06   128.99
23    199.53     69.99    3158.53    4466.84    8933.67   3.16E+06   129.99
24    251.19     70.99    3543.93    5011.87    10023.74  3.54E+06   130.99
25    316.23     71.99    3976.35    5623.41    11246.83  3.98E+06   131.99
26    398.11     72.99    4461.54    6309.57    12619.15  4.46E+06   132.99
27    501.19     73.99    5005.93    7079.46    14158.92  5.01E+06   133.99
28    630.96     74.99    5616.75    7943.28    15886.56  5.62E+06   134.99
29    794.33     75.99    6302.10    8912.51    17825.02  6.30E+06   135.99
30    1000.00    76.99    7071.07    10000.00   20000.00  7.07E+06   136.99
31    1258.93    77.99    7933.87    11220.18   22440.37  7.93E+06   137.99
………………………………………………
38    6309.57    84.99    17761.72   25118.86   50237.73  1.78E+07   144.99
39    7943.28    85.99    19928.98   28183.83   56367.66  1.99E+07   145.99
40    10000.00   86.99    22360.68   31622.78   63245.55  2.24E+07   146.99

3.         在实验过程中出现“OVERLOARD”灯点亮的情况
在测试线搭上交流插座的时候OVERLOARD灯会亮，必须重新按一下“AC/DC ON”才能正常工作的问题上日本厂商给出的解释是0SC和CH1 CH2虽然是隔离的，但是靠的是K欧姆的电阻，并非完全隔离，所以瞬间高压时，内部在瞬间电位不平衡造成的OVERLOARD。

现场图片截图








总结
    目前两台FRA在客户端使用稳定，经过客户，东方集成，及日本NF厂商的协作，帮助客户很好的保证了FRA产品的正常使用，客户表示无论在实验室还是在工业现场FRA都很好的完成测试任务，基本满足客户的研发和项目研究需要。