如何进行电能质量在线监测装置的备用电源续航测试？

电能质量在线监测装置的备用电源（通常为锂亚电池、超级电容或锂电池组），核心功能是主电源中断时维持时钟运行、数据存储及关键电路供电，其续航测试需结合 “续航时间” 与 “供电期间的时钟稳定性” 双重指标，同时参考 IEC 61000-4-30（A/S 级设备）、GB/T 19862（国内标准）对备用电源的隐含要求（如续航≥5 年、时钟漂移不超标）。以下是具体测试方法、流程及判定标准：

一、测试前提与准备

1. 明确备用电源参数与测试目标

首先需确认装置备用电源的基础信息，避免测试条件与实际不符：

备用电源类型：区分锂亚电池（常见，容量大、自放电低）、超级电容（寿命长、低温性能差）、锂电池组（需注意充放电循环）；

标称参数：容量（如 200mAh、1F）、额定电压（如 3.6V）、最大放电电流（如 10μA）；

测试目标：

核心目标 1：续航时间≥5 年（对应 IEC 标准隐含要求，确保装置生命周期内备用电源有效）；

核心目标 2：供电期间时钟漂移≤A 级 ±1 秒 / 24 小时、S 级 ±5 秒 / 24 小时（与时钟维持能力要求一致）。

2. 测试环境与设备准备

类别	具体要求
测试环境	常温组：25℃±5℃、湿度 45%~75%（模拟常规环境）； 极端温度组：-30℃（低温）、+80℃（高温，A 级设备）（模拟恶劣现场）
测试设备	1. 电池容量测试仪（如 Neware BTS-4000，精度 ±0.1%，可恒定电流放电）； 2. 时钟偏差记录仪（如 Keysight 53230A，分辨率 1ns，捕获装置 1PPS 信号）； 3. 直流稳压电源（模拟主电源，用于切换主备电）； 4. 高低温试验箱（控制极端温度环境）
装置准备	1. 提前让装置接入主电源，同步外部时间源（GPS/NTP）2 小时，确保初始时钟偏差≤±1ms； 2. 记录备用电源初始电压（如锂亚电池初始电压≥3.6V）； 3. 清空装置历史数据，开启 “备用电源模式日志”（记录电压、电流、时钟偏差）

二、核心测试流程（分 3 个阶段）

阶段 1：初始状态确认（确保测试起点有效）

装置接入主电源，正常运行 30 分钟，通过后台软件确认：

时钟与标准时间偏差≤±1ms；

备用电源充电完成（如超级电容电压达到额定值，锂电池组电量≥95%）。

断开主电源，确认装置自动切换至备用电源模式（指示灯或日志提示 “备用电源供电”），记录切换时刻（T0）的备用电源电压（U0）、初始电流（I0）。

阶段 2：备用电源放电与参数监测（核心阶段）

根据测试需求，分为 “常温常规测试”（验证基础续航）和 “极端温度测试”（验证环境适应性），具体步骤如下：

（1）常温常规测试（25℃±5℃）

放电模式：采用 “恒定功率放电”（模拟装置备用状态下的实际功耗，通常备用模式功耗≤2μA，对应功率≈7.2μW），通过电池容量测试仪控制放电电流（I=P/U，如 U=3.6V 时，I≈2μA）。

数据监测：

每 1 小时记录 1 次：备用电源电压（U）、放电电流（I）、剩余容量（C 剩余，通过测试仪计算）；

每 24 小时记录 1 次：时钟偏差（Δt，通过 1PPS 信号与标准时间对比，计算 24 小时内总漂移）；

关键节点监测：当电压降至 “截止电压”（锂亚电池通常为 2.0V，超级电容为额定电压的 50%）时，记录总放电时间（T 总）。

续航时间计算：

理论续航时间（T 理论）= 备用电源标称容量（C 标称）÷ 平均放电电流（I 平均）；

实际续航时间（T 实际）= 从 T0 到电压降至截止电压的总时长（需换算为年，1 年≈8760 小时）。

（2）极端温度测试（-30℃/+80℃）

将装置放入高低温试验箱，先在目标温度（如 - 30℃）下静置 2 小时，确保装置温度与环境一致；

重复 “常温测试” 的放电与监测步骤，重点关注：

低温下：备用电源是否出现 “电压骤降”（如锂亚电池低温放电电压≥1.8V 为合格）、时钟漂移是否增大（A 级≤±1.5 秒 / 24 小时）；

高温下：备用电源是否漏液 / 鼓包（安全要求）、功耗是否异常升高（如高温下电流≤3μA 为合格）。

阶段 3：恢复主电源与功能验证（测试收尾）

当备用电源电压降至截止电压前（或达到预设测试时长，如加速测试的 18 天），重新接入主电源，确认装置自动切换回主电源模式；

验证 2 个关键功能：

时钟恢复：10 分钟内时钟与标准时间偏差修正至≤±1ms（符合 IEC 恢复同步要求）；

数据完整性：备用电源供电期间的监测数据（如电压、电流、时钟偏差日志）无丢失、时间戳准确。

三、加速测试方法（解决 “5 年测试周期过长” 问题）

常规测试需 5 年，实际工程中采用加速放电法（基于 “电池容量与放电电流成正比” 的原理），需满足 2 个前提：

加速后备用电源的放电曲线与常规放电一致（无异常衰减）；

加速测试结果可通过 “换算公式” 还原为常规续航时间。

具体操作：

确定加速倍数：常规放电电流 I1=2μA，加速放电电流 I2=20μA（10 倍加速），则加速倍数 K=I2/I1=10；

加速测试时长：若加速测试中装置持续供电 T 加速 = 18 天（432 小时），则常规续航时间 T 常规 = T 加速 ×K=180 天 ×10=1800 天≈5 年（满足要求）；

验证加速有效性：对比加速放电与常规放电的 “电压 - 容量曲线”，若曲线趋势一致（如电压下降斜率相同），则加速结果有效。

四、合格判定标准（结合 IEC 与实际需求）

完成测试后，需从 “续航时间”“时钟稳定性”“环境适应性”“功能完整性” 4 个维度判定：

判定维度	合格要求（A 级设备为例）	不合格情形
续航时间	常规测试：T 实际≥5 年； 加速测试：T 常规（换算后）≥5 年； 备用电源截止电压前无提前断电	加速测试换算后 T 常规 < 5 年； 放电过程中电压骤降导致装置关机（未达截止电压）
时钟稳定性	备用电源供电期间，24 小时时钟漂移≤±1 秒； 30 天累计漂移≤±15 秒	24 小时漂移 >±1 秒； 时钟出现跳变（如偏差突然增大 10 秒以上）
环境适应性	-30℃低温下：24 小时漂移≤±1.5 秒，电压≥1.8V； +80℃高温下：24 小时漂移≤±1.5 秒，无漏液	低温下电压 < 1.8V； 高温下出现漏液 / 鼓包，或漂移 >±1.5 秒
功能完整性	恢复主电源后 10 分钟内时钟修正至≤±1ms； 备用期间数据无丢失，时间戳准确	时钟修正耗时 > 10 分钟； 备用期间数据丢失或时间戳偏差 >±1ms

五、测试注意事项与常见问题处理

避免过放电损坏备用电源：

锂亚电池禁止放电至 2.0V 以下（会永久损坏），超级电容禁止放电至额定电压的 30% 以下；

测试中若电压接近截止电压，需提前终止测试，计算剩余容量并换算续航时间。

极端温度测试的 “温度平衡”：

装置放入高低温箱后，需静置足够时间（如 2 小时），待装置内部温度与环境一致后再开始放电，避免因温度梯度导致测试数据偏差。

电流监测的准确性：

备用电源放电电流极小（μA 级），需使用高精度电流探头（如 Tektronix TCP0030，精度 ±1%），避免普通电流表的测量误差。

通过以上测试，可全面验证备用电源的续航能力及供电稳定性，确保装置在主电源中断时（如电网停电、线路故障），仍能维持时钟准确和数据完整，符合电能质量监测对时间基准的核心要求。

审核编辑 黄宇