電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置電能質(zhì)量監(jiān)測儀

  SRP650A

   電能質(zhì)量監(jiān)測裝置

一、產(chǎn)品簡介

1、電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的特點

 我公司研制的SRP650A電能質(zhì)量監(jiān)測裝置，采用高速DSP加嵌入式工業(yè)控制板作為電能質(zhì)量分析的核心，DSP具有極強的數(shù)據(jù)處理能力用來完成數(shù)據(jù)的采集與傳輸，核心硬件處于國內(nèi)先進水平。

嵌入式工業(yè)控制板用來進行數(shù)據(jù)的計算、統(tǒng)計、顯示、存儲、按鍵、通訊。采用嵌入式操作系統(tǒng)作為軟件平臺，全部軟件采用C++ 高級語言編程，保證了系統(tǒng)的高可靠性和高移植性。

DSP數(shù)據(jù)采集部分采用同步采樣的16位高速A/D轉(zhuǎn)換器，采集精度高，實測精度達到電能質(zhì)量監(jiān)測指標國家標準A級的要求；

大容量的存儲空間，滿足電能質(zhì)量監(jiān)測裝置對數(shù)據(jù)存儲的要求，可保存6 個月以上的歷史數(shù)據(jù)掉電不丟失。

采用了軟硬件相結(jié)合的鎖相環(huán)技術(shù)，頻率自動跟蹤，防止了在電力系統(tǒng)頻率變化時對監(jiān)測指標的影響，防止了頻率“泄漏”。

強大的通訊接口，裝置配置了工業(yè)以太網(wǎng)，通訊速率高達100Mbps，還配置有RS485、USB通訊接口，可選擇多種通訊方式與遠方管理中心交互數(shù)據(jù)；

核心硬件采用四層印刷電路板（PCB）工藝和SMT工藝，硬件可靠性和電磁兼容能力達到國內(nèi)先進水平，達到了國標對電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的EMC的要求。

在監(jiān)測功能方面，裝置除具有常規(guī)的電能質(zhì)量穩(wěn)態(tài)指標的監(jiān)測外，還對電能質(zhì)量的暫態(tài)擾動，主要是電壓的驟升、驟降進行監(jiān)測和記錄，具有較強的實用性。

2、儀器功能

基本監(jiān)測指標：

電網(wǎng)頻率、三相基波電壓、電流有效值，基波有功功率、無功功率、功率因數(shù)、相位等；

電壓偏差、頻率偏差、三相電壓不平衡度、三相電流不平衡度、負序電壓、電流；

諧波（2～63次）：包括電壓、電流的總諧波畸變率、各次諧波含有率、幅值、相位。

高級監(jiān)測指標：

間諧波、電壓波動、閃變，電壓驟升、驟降、短時中斷。

顯示功能：

裝置面板上帶有大屏幕彩色LCD顯示器，實時顯示電能質(zhì)量監(jiān)測指標的數(shù)據(jù)。

設(shè)置功能：可對裝置基本參數(shù)、越限參數(shù)進行設(shè)置、修改和查看，并設(shè)有密碼保護。

記錄存儲功能：

裝置內(nèi)置固態(tài)硬盤，可對基本監(jiān)測指標和高級監(jiān)測指標實時保存，實時數(shù)據(jù)在裝置上最長保存時間為6個月，之后按“先進先出”原則更新。

統(tǒng)計功能：

裝置具有對主要監(jiān)測指標的在線統(tǒng)計功能，可統(tǒng)計分鐘內(nèi)監(jiān)測指標的最大值、最小值、平均值等。

通訊功能：

裝置提供多種通訊接口方式，實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時傳輸或定時提取存儲記錄，可通過工業(yè)以太網(wǎng)接口與遠方電能質(zhì)量管理中心通訊，也可通過RS232C/RS485接口與遠方通訊。

網(wǎng)絡(luò)對時功能：

監(jiān)測裝置具備網(wǎng)絡(luò)對時功能?？杀３峙c遠方管理中心的時鐘一致。

事件觸發(fā)錄波功能：

可根據(jù)客戶要求設(shè)定事件觸發(fā)條件（手動或自動），記錄事件觸發(fā)前、后實時數(shù)據(jù)并保存，并保存有事件日志以供查詢。

3、電能質(zhì)量監(jiān)測裝置測量方法

1〕數(shù)據(jù)采集

DSP負責數(shù)據(jù)采集，采樣率為25.6KHz，即每周波采樣512點。采用16位、同步采樣的A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，具有精度高、速度快、同步采樣等優(yōu)點。同時，為防止由于測量頻率偏差造成測量數(shù)據(jù)誤差，裝置采用軟硬件結(jié)合的鎖相環(huán)技術(shù)，頻率自動跟蹤，實時調(diào)整采樣間隔，以防止頻率“泄漏”。

2〕電壓偏差

電壓偏差的定義（GB/T12325－2008）

3〕頻率偏差

頻率偏差的定義（GB/T15945－2008）

 

4〕電壓、電流不平衡度

電壓、電流不平衡度的定義

指三相電力系統(tǒng)中三相不平衡的程度，用電壓或電流負序分量與正序分量的方均根值百分比表示。電壓

或電流不平衡度分別用或表示。

其中：

——三相電壓的正序分量方均根值；——三相電壓的負序分量方均根值

—— 三相電壓的正序分量方均根值；——三相電壓的負序分量方均根值

5〕諧波監(jiān)測

諧波定義

諧波（Harmonic）即對周期性的變化量進行傅里葉級數(shù)分解，得到頻率為大于1的整數(shù)倍基波頻率的分量，它是由電網(wǎng)中非線性負荷而產(chǎn)生的。

裝置對電壓、電流采樣值進行FFT分解，可以得到各次諧波分量，由于采取了頻率自動跟蹤補償，消除了頻率“泄漏”，防止了基波頻率偏離額定值情況下造成的測量誤差。

采樣窗口等的要求應(yīng)滿足IEC 61000-4-30:2003的要求，每次采樣窗口為不重疊的10個周波，以3秒為一個基本記錄周期，測量結(jié)果即分析數(shù)據(jù)為3秒內(nèi)6組等間隔采樣的均方根值

6〕間諧波監(jiān)測

間諧波的定義和產(chǎn)生原因

問諧波是指非整數(shù)倍基波頻率的諧波，這類諧波可以是離散頻譜的或連續(xù)頻譜的。

間諧波的測量

根據(jù)國標《電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備通用要求》的規(guī)定，裝置對間諧波的測量采用標準IEC 61000-4-30(7)規(guī)定，即：對工頻50Hz系統(tǒng)，采樣時間取10個周波（200ms）

——間諧波的監(jiān)測取值方法仍依據(jù)GB/T 14549-93針對諧波的取值方法進行，即一個基本記錄周期為3秒鐘；

7〕電壓波動和閃變

電力系統(tǒng)的電壓波動和閃變主要是由具有沖擊性功率的負荷引起的, 如變頻調(diào)速裝置、煉鋼電弧爐、電氣化鐵路和軋鋼機等。這些非線性、不平衡沖擊性負荷在生產(chǎn)過程中有功和無功功率隨機或周期性的大幅度變動, 當其波動電流流過供電線路阻抗時產(chǎn)生變動的壓降, 導致同一電網(wǎng)上其它用戶電壓以相同的頻率波動。這種電壓幅值在一定范圍內(nèi)(通常為額定值的90%～110%) 有規(guī)律或隨機地變化, 稱為電壓波動。

電壓波動通常會引起許多電工設(shè)備不能正常工作, 如影響電視畫面質(zhì)量、使電動機轉(zhuǎn)速脈動、使電子儀器工作失常、使白熾燈光發(fā)生閃爍等等。由于一般用電設(shè)備對電壓波動的敏感度遠低于白熾燈, 為此, 選擇人對白熾燈照度波動的主觀視感, 即“閃變”, 作為衡量電壓波動危害程度的評價指標。

電壓波動

電壓波動()為一系列電壓變動或工頻電壓包絡(luò)線的周期性變化。電壓波動值為電壓均方根值的兩個相鄰的極值之差、常以其額定電壓的百分數(shù)表示其相對百分值，即

按國標要求每10分鐘保存一個電壓波動記錄，取10分鐘內(nèi)電壓波動的最大值連同該10分鐘時間段結(jié)束的時刻構(gòu)成一條完整的電壓波動記錄；

閃變

    電壓閃變的衡量指標主要短時間閃變嚴重度和長時間閃變嚴重度，分別定義為：

       

式中,,,,分別為瞬時閃變視感度S(t)超過0.1%,1%,3%,10%,50%時間比的值。

S(t)：瞬時閃變視感度，閃變強弱的瞬時值隨時間變化的一系列值。

：某一瞬時視感度S(t)值在整個檢測時間段內(nèi)所占比

           

        式中:為第k次所測量的值    N :2小時每隔10分鐘所測的值的個數(shù)。

由于閃變涉及較多概念，有必要對這些概念做一簡述。

①  閃變覺察律F(％)

“閃變”作為電壓波動引起的人眼對燈閃的主觀感受，不僅與電壓波動的大小有關(guān)，還與波動的頻率、波形、燈具的性能和人的視感等因素有關(guān)。為描述閃變對人視覺的影響程度，IEC推薦采用不同波形、頻度、幅值的調(diào)幅波及工頻電壓作為載波向工頻230V、60W白熾燈供電照明。經(jīng)觀察者抽樣(>500人)調(diào)查，閃變覺察律F(％)的統(tǒng)計公式為：

    F=(C+D)/(A+B+C+D)×l00％                               (4-2)

式中A ——沒有覺察的人數(shù)；

        B——略有覺察的人數(shù)；

        C——有明顯覺察的人數(shù)；

        D——不能忍受的人數(shù)

②  瞬時視感度st

電壓波動引起照度波動對人的主觀視覺反應(yīng)稱為瞬時閃變視感度st。通常以閃變覺察率為50%，作為瞬時閃變視感度的衡量單位，即定義為st＝1覺察單位。與st＝1覺察單位相對應(yīng)的各頻率電壓波動值％，是研究閃變的實驗依據(jù)。

③  視感度系數(shù)Kf

人腦神經(jīng)對照度變化需要有最低的記憶時間，高于某一頻率的照度波動普通人便覺察不到，閃變是經(jīng)過燈一眼一腦環(huán)節(jié)反映人對照度的主觀視感，引入視感度系數(shù)Kf可以更為本質(zhì)地描述燈一眼一腦環(huán)節(jié)的頻率特性。

IEC推薦的視感度系數(shù)是：

Kf＝產(chǎn)生同樣視感度的8.8Hz正弦電壓波動／產(chǎn)生同樣視感度的f Hz正弦電壓波動

④  短時間閃變嚴重度和長時間閃變嚴重度

對于電弧爐等隨機變化負荷的電壓波動，不僅要檢查其最大電壓波動，還要在足夠長時間觀察電壓波動的統(tǒng)計特件。（統(tǒng)計時間為10min）是描述短時間閃變的統(tǒng)計值，（統(tǒng)計時間為2h）為描述長時間閃變的統(tǒng)計值。

    按國標要求，短時閃變的一個記錄周期為10分鐘，長時閃變?yōu)?span>2小時。

8〕暫態(tài)擾動的監(jiān)測

暫態(tài)擾動包括暫態(tài)過電壓、電壓驟降以及電壓短時中斷問題。

電壓驟降是指工頻條件下電壓均方根值減小到 10％至 90％，持續(xù)時間為10ms至1min的短時間電壓波動現(xiàn)象。

電壓暫升在電力系統(tǒng)某一點的電壓突然驟然到1.1～1.8p.u，持續(xù)時間通常在10ms～1min。

電壓短時中段是指供電電壓消失一段時間(電壓降到0.1p.u.以下)，一般不超過幾分鐘。短時中斷可以認為是100%幅值的電壓暫降。

暫態(tài)過電壓是指在給定安裝點上持續(xù)時間較長的不衰減或弱衰減的（以工頻或其一定的倍數(shù)、分數(shù)）振蕩的過電壓。

對上述電能質(zhì)量暫態(tài)擾動，裝置可以實現(xiàn)如下功能：

實時監(jiān)測電壓瞬時值，在發(fā)生擾動時，經(jīng)過特定的檢測算法，判斷出擾動，并給出擾動發(fā)生的時刻，擾動的幅度，擾動的相位變化，擾動持續(xù)時間等信息；

判斷出擾動后，立即啟動波形捕捉功能，即錄波功能，波形記錄應(yīng)包括事件觸發(fā)前、后的波形，錄波格式可整定；錄波長度可整定，觸發(fā)前不少于10個周波，觸發(fā)后不少于15個周波。

4、主要技術(shù)指標

1) 基波電壓誤差：±0.2%

電壓偏差誤差：±0.2%

2)基波電流誤差：±0.5%

3) 頻率偏差誤差：±0.002Hz

頻率測量范圍：45Hz～60Hz

4)三相電壓不平衡度：電壓不平衡度絕對誤差0.2%

電流不平衡度絕對誤差1％

電壓、電流各序分量0.5%

5)電壓波動測量誤差：   ±5%

閃變測量誤差：±5%

6) 諧波準確度：A級

 

級別	被測量	條件	最大允許誤差	相角誤差
A	電壓	Uh≥1%UN	5%Uh	≤±5° 或h×±1
		Uh＜1%UN	0.05%UN
	電流	Ih≥3％IN	5%Ih	≤±5° 或h×±1
		Ih＜3％IN	0.15%IN

表中 1．Un為標稱電壓，Uh為諧波電壓測量量；In為額定電流，Ih為諧波電流測量量。

2．A級儀器頻率測量范圍為0～2500Hz，用于較精確的測量，儀器的相角測量誤差小于等于±5°或±1×h°

7) 間諧波：要求同諧波；

5、電氣性能及其它技術(shù)指標

1〕工作電源

    交流：220V±10% ；50Hz±0.5Hz；諧波畸變率不大于15％

或直流：220V±10%，紋波系數(shù)不大于5%

2〕電流信號輸入

    輸入方式：電流互感器輸入；

    額定值In：5A/1A；

    測量范圍：AC 10mA～6A；

    功率消耗：不大于0.5VA/路；

    過載能力：1.2In連續(xù)工作；

              2In  允許1s。

3〕電壓信號輸入

    輸入方式：電壓互感器輸入；

    額定值Un：57.7V/100V/380V；

    測量范圍：AC 0.5V～400V； 

功率消耗：不大于0.5VA/路；

    過載能力：1.3Un 連續(xù)工作；

              1.4 Un    允許1s。

輸入阻抗：大于100kΩ。

4〕開關(guān)量輸入

工作電壓： DC24V/DC5V；

    輸入方式：空接點或有源接點；

    隔離方式：光電隔離，隔離電壓2500V。

5〕安全性能

? 絕緣強度

裝置能承受有效值為2500V、頻率為50Hz、歷時1min 的絕緣強度試驗，而無擊穿和閃絡(luò)現(xiàn)象。

? 絕緣電阻

用開路電壓為500V 的兆歐表測量裝置的絕緣電阻值，正常試驗大氣條件下各等級的各回路絕緣電阻不小于20MΩ。

?沖擊電壓

在正常試驗大氣條件下，裝置的電源輸入回路、交流輸入回路、輸出觸點回路對地以

及回路之間能承受1.2/50μs 的標準雷電波的短時沖擊電壓試驗，開路試驗電壓6kV。

?耐濕熱性能

裝置應(yīng)能承受GB/T 2423.9-2001規(guī)定的恒定濕熱試驗。試驗溫度+40℃±2℃、相對濕度(93±3)％，試驗時間為48小時，在試驗結(jié)束前2小時內(nèi)，用500V直流兆歐表，測量各外引帶電回路部分外露非帶電金屬部分及外殼之間、以及電氣上無聯(lián)系的各回路之間的絕緣電阻應(yīng)不小于1.5MΩ；介質(zhì)耐壓強度不低于表1規(guī)定的介質(zhì)強度試驗電壓幅值的75％。

6〕電磁兼容性能

?靜電放電抗擾度

通過GB/T 17626.2-1998規(guī)定的嚴酷等級為IV級的靜電放電抗擾度試驗。

?射頻電磁場輻射抗擾度

通過GB/T 17626.3-1998規(guī)定的嚴酷等級為III級的射頻電磁場輻射抗擾度試驗。

?快速瞬變脈沖群抗擾度

通過GB/T 17626.4-1998規(guī)定的嚴酷等級為IV級的快速瞬變脈沖群抗擾度試驗。

?脈沖群抗擾度

通過GB/T 17626.12-1998規(guī)定頻率為100kHz和1MHz嚴酷等級為III級的脈沖群抗擾度試驗。

?浪涌（沖擊）抗擾度

通過GB/T 17626.5-1998規(guī)定1.2/50us嚴酷等級為III級的浪涌抗擾度試驗。

7〕機械性能

?振動

裝置能承受 GB/T 11287-2000 中3.2.1及3.2.2規(guī)定的嚴酷等級為I級的振動耐久能力試驗。

?沖擊

裝置能承受GB/T14537－1993中4.2.1及4.2.2規(guī)定的嚴酷等級為I級的沖擊響應(yīng)試驗。

?碰撞

裝置能承受GB/T14537-93中4.3規(guī)定的嚴酷等級為I級的碰撞試驗。

6、使用環(huán)境

正常工作溫度：-10℃～+55℃

極限工作溫度：-20℃～+65℃

相對濕度:5％～95％

大氣壓力:86kPa～106kPa

海拔：≤3000 米

防護等級：IP50

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