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地址：太原市小店區(qū)高新街32號(hào)
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理想的電力系統(tǒng)向用戶提供的應(yīng)該是一個(gè)恒定工頻的正弦波形電壓，而隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，直流輸電、大功率單相整流技術(shù)在工業(yè)部門和用電設(shè)備上被廣泛應(yīng)用，如大功率可控硅器件、開關(guān)電源、變頻調(diào)速等，這些典型非線性負(fù)荷將從電網(wǎng)吸入或注入諧波電流，從而引起電網(wǎng)電壓畸變，使電網(wǎng)波形受到污染，供電質(zhì)量惡化，附加損失增加，傳輸能力下降，成為影響電能質(zhì)量的重要因素。
在電網(wǎng)中，三相負(fù)荷不平衡、電力系統(tǒng)諧振接地等會(huì)產(chǎn)生負(fù)序，大功率整流和非線性設(shè)備等會(huì)產(chǎn)生諧波。負(fù)序和諧波嚴(yán)重影響了供電質(zhì)量，它們首先影響了電力設(shè)備安全運(yùn)行。諧波可能引起諧振，諧振高壓加在電容器兩端，因?yàn)楦叽沃C波對電容器阻抗很小，所以電容器易過負(fù)荷而擊穿；高次諧波電流流入變壓器，鐵芯損耗增加；高次諧波電流流入電動(dòng)機(jī)，不僅鐵芯損耗增加，而且使轉(zhuǎn)子發(fā)生振動(dòng)，嚴(yán)重影響加工質(zhì)量；高次諧波使保護(hù)設(shè)備誤動(dòng)作，使系統(tǒng)損失加大；高次諧波使電力系統(tǒng)發(fā)生電壓諧振，在線路上引起過電壓，會(huì)擊穿設(shè)備絕緣。負(fù)序和諧波對發(fā)電機(jī)不僅有熱效應(yīng)，產(chǎn)生局部發(fā)熱，而且會(huì)使發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生振動(dòng)，并伴有噪音，嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
RH-E6000 電能質(zhì)量監(jiān)測裝置采用先進(jìn)的32位ARM處理器，是具有高速采樣、計(jì)算、分析、統(tǒng)計(jì)、通訊和顯示等功能相結(jié)合的電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備。可實(shí)時(shí)監(jiān)測電網(wǎng)的高達(dá)63次的諧波含有率、諧波總畸變率、三相電壓不平衡度、閃變、電壓偏差、電壓波動(dòng)、頻率、各次諧波有功功率、無功功率、真功率因數(shù)、相移功率因數(shù)、真有效值、正負(fù)序等電能質(zhì)量指標(biāo)。
支持IEC61850、IEC60870-5-103通信規(guī)約標(biāo)準(zhǔn)通信，實(shí)現(xiàn)與變電站自動(dòng)化系統(tǒng)和保護(hù)信息管理系統(tǒng)接口；提供符合IEC61850要求的設(shè)備描述文件（ICD文件），支持IEC61850定義的有關(guān)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。支持MMS層GOOSE功能，能夠滿足各種配置的變電站需求。
從不同角度看，關(guān)注或表征電能質(zhì)量問題會(huì)有不同的觀點(diǎn)。從供電角度看，電能質(zhì)量是指供應(yīng)電力的參數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)和供電可靠性的程度；從用電設(shè)備生產(chǎn)商的角度看，電能質(zhì)量是指對設(shè)備所要求的電能特性；從用戶角度看，電能質(zhì)量是指一切會(huì)引起用電設(shè)備異常運(yùn)行、故障或停電的供電電壓、電流及頻率的異常擾動(dòng)，電能質(zhì)量用于表征電能品質(zhì)的優(yōu)劣程度，包括電壓質(zhì)量與頻率質(zhì)量兩部分。其中，電壓質(zhì)量又分為幅值與波形質(zhì)量兩方面，通常以電壓偏差、電壓波動(dòng)與閃變、負(fù)序電壓系數(shù)（三相電壓不平衡度）等指標(biāo)來衡量電壓幅值，以電壓正弦波畸變率來衡量波形質(zhì)量。頻率質(zhì)量則以頻率偏差來衡量。電壓質(zhì)量問題又可分為穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)兩類：穩(wěn)態(tài)擾動(dòng)包括電壓偏差、三相不平衡、閃變以及諧波問題；暫態(tài)擾動(dòng)包括暫態(tài)過電壓、電壓驟降、電壓驟升以及供電瞬時(shí)中斷問題。從發(fā)生的頻度以及對用電設(shè)備的危害程度來看，現(xiàn)代電能質(zhì)量問題主要是電壓驟降、諧波、電壓不平衡以及閃變。
RH-E6000 電能質(zhì)量監(jiān)測裝置，是我公司在研究總結(jié)國內(nèi)外電能質(zhì)量監(jiān)測裝置特點(diǎn)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，嚴(yán)格按照國家頒布的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，自主設(shè)計(jì)開發(fā)的新一代嵌入式電能質(zhì)量在線監(jiān)測產(chǎn)品。
1.3.1裝置特點(diǎn)
裝置硬件平臺(tái)具有如下主要特點(diǎn)：
1） 采用ST 公司32 位ARM 為核心，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和邏輯、控制能力，核心硬件處于國內(nèi)先進(jìn)水平；
2） 采用國際先進(jìn)的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)作為軟件平臺(tái)，全部軟件采用高級(jí)語言編程，保證了系統(tǒng)的高可靠性和高移植性；
3） 數(shù)據(jù)采集通道采用單通道單A/D 設(shè)計(jì)，通道獨(dú)享一個(gè)16 位并行A/D，完全同步采樣，精度更高、速度更快；
4） 采用大多CPU結(jié)構(gòu)，通道獨(dú)享一個(gè)32位的ARM,保證電能質(zhì)量測量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。
5） 大容量的存儲(chǔ)空間，滿足電能質(zhì)量監(jiān)測裝置對數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的要求，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)掉電不丟失；
6） 采用鎖相環(huán)技術(shù)，防止了在電力系統(tǒng)頻率變化時(shí)對監(jiān)測指標(biāo)的影響，防止了頻率”泄漏”；
7） 采用外部GPS 同步采樣技術(shù)，保證了同一變電站內(nèi)或不同變電站內(nèi)監(jiān)測裝置的同步采樣；（選配）
8） 配置了冗余的、獨(dú)立的雙100M 工業(yè)以太網(wǎng)，還選配有RS-232/485 通訊接口，可選擇多種通訊方式與遠(yuǎn)方管理中心交互數(shù)據(jù)；
9） 采用了四層印刷電路板（PCB）和SMT 工藝、繼電保護(hù)裝置常用的”背插式”結(jié)構(gòu)；
10）支持IEC61850建模功具，減少工程調(diào)試量；
1.3.2裝置功能
RH-E6000 電能質(zhì)量監(jiān)測裝置，除具有常規(guī)的電能質(zhì)量穩(wěn)態(tài)指標(biāo)的監(jiān)測外，還對電能質(zhì)量的暫態(tài)擾動(dòng)，主要是電壓的驟升、驟降進(jìn)行監(jiān)測和記錄，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。裝置主要具有以下功能：
1） 基本測量量
電網(wǎng)頻率；電壓、電流有效值；總的有功、無功功率、功率因數(shù)。
2） 基本監(jiān)測指標(biāo)
a) 三相基波電壓、電流有效值，基波功率、功率因數(shù)、相位等；
b) 電壓偏差；
c) 頻率偏差；
d) 三相電壓不平衡度、三相電流不平衡度、負(fù)序電壓、電流；
e) 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；
各次諧波的有功、無功功率等；
3） 高級(jí)監(jiān)測指標(biāo)
a) 間諧波；
b) 電壓波動(dòng)、閃變；
c) 電壓驟升、驟降、短時(shí)中斷；
4） 設(shè)置功能
可對裝置硬件時(shí)鐘進(jìn)行設(shè)置，對監(jiān)測參數(shù)進(jìn)行設(shè)置、修改和查看，并設(shè)有密碼保護(hù)。
5） 記錄存儲(chǔ)功能
可對基本監(jiān)測指標(biāo)和高級(jí)監(jiān)測指標(biāo)實(shí)時(shí)保存，統(tǒng)計(jì)時(shí)間間隔可設(shè)置，3Min數(shù)據(jù)（保存最大值、最小值、平均值、95％概率大值中的一項(xiàng)）在裝置上最長保存時(shí)間為 1 年以上，之后按”先進(jìn)先出”原則更新。
6） 統(tǒng)計(jì)功能
裝置具有對主要監(jiān)測指標(biāo)的在線統(tǒng)計(jì)功能，可統(tǒng)計(jì)一個(gè)時(shí)間段內(nèi)監(jiān)測指標(biāo)的最大值、最小值、平均值、95％概率大值等。
7） 通訊功能
裝置提供多種通訊接口方式，可實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸或定時(shí)提取存儲(chǔ)記錄，可通過工業(yè)以太網(wǎng)接口與遠(yuǎn)方電能質(zhì)量管理中心通訊，也可通過RS232接口，以Modem或GPRS方式與遠(yuǎn)方通訊。支持IEC61850、IEC60870-5-103通信規(guī)約標(biāo)準(zhǔn)通信(訂貨時(shí)聲明通訊方式)。
8） GPS 對時(shí)功能
裝置具有GPS硬對時(shí)接口，可以接受IRIG-B碼對時(shí)或者秒脈沖對時(shí)信號(hào)，保持與遠(yuǎn)方管理中心的時(shí)鐘一致。（選配功能）
9） 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(dòng)或自動(dòng)），記錄事件觸發(fā)前、后實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并保存，并保存有事件日志以供查詢。
如圖1 所示。該方案適用于分散式電能質(zhì)量監(jiān)測儀和需要當(dāng)?shù)仫@示的監(jiān)測的變電站，整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)架與現(xiàn)有成熟的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)架完全相同，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分為采集單元、數(shù)據(jù)處理單元兩個(gè)部分。數(shù)據(jù)處理單元收集采集單元數(shù)據(jù)，通過以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳送至當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)。用戶可通過上級(jí)監(jiān)測層和當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行管理。
交流：220V±10%；50Hz±0.5Hz；諧波畸變率不大于15％
直流：220V±10%，紋波系數(shù)不大于5%
輸入方式：電流互感器輸入；
額定值In：5A/1A；
測量范圍：AC 200mA～5A或AC 50mA～1A；
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。
輸入方式：電壓互感器輸入；
額定值Un：57.7V/100V；(400V電壓需訂貨時(shí)說明)
測量范圍：AC 0.5V～120V；
功率消耗：不大于0.5VA/路；
過載能力：1.3Un 連續(xù)工作；
輸入阻抗：大于100kΩ。
工作電壓：AC220V/DC30V；
輸入方式：空接點(diǎn)或有源接點(diǎn)；
隔離方式：光電隔離，隔離電壓2500V。
1） 電壓、電流：0.2%；
2） 功率、功率因數(shù)：0.5%；
3） 頻率偏差：0.01Hz；
4） 電壓偏差：0.2%；
5） 三相電壓不平衡：0.2%；
6） 三相電流不平衡：0.1%；
7） 諧波：符合GB/T 14549-1993 中附錄D 中的A 級(jí)要求；
8） 間諧波：參照/T 14549-1993 附錄D 中對諧波要求的A 級(jí)；
9） 閃變：5％；
10） 電壓波動(dòng)：5％。
1） 以太網(wǎng)
接口速率：10/100M 自適應(yīng)；
接口類型：100Base—T；
支持TCP/IP。
2） RS232接口
接口速率：RS232——300～115200bps，帶隔離。
裝置接口：GPS硬對時(shí)，IRIG-B碼對時(shí)或者秒脈沖對時(shí)信號(hào)。（訂貨時(shí)請聲明）
? 《GB/T 15945-2008電能質(zhì)量 電力系統(tǒng)頻率允許偏差》
? 《GB 12325-2008電能質(zhì)量 供電電壓允許偏差》
? 《GB/T 15543-2008電能質(zhì)量 三相電壓允許不平衡度》
? 《GB/T 18481-2001電能質(zhì)量 暫時(shí)過電壓和瞬態(tài)過電壓》
? 《GB/T 14549-93電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》
? 《GB 12326-2008電能質(zhì)量 電壓波動(dòng)與閃變》
? 《GB 24337-2009電能質(zhì)量公用電網(wǎng)間諧波》
? 《電能質(zhì)量測試分析儀檢定規(guī)程》
? 《GB/T 19862-2005電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備通用要求》
【注】如上述相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)修訂或修改，產(chǎn)品將執(zhí)行現(xiàn)行最新標(biāo)準(zhǔn)
正常工作溫度：-10℃～+40℃；
相對濕度:5％～95％；
大氣壓力：86kPa～106kPa；
海拔：可達(dá)3000 米；
防護(hù)等級(jí)：IP50。
外形及尺寸：寬*高*深（281*180*242）單位：mm
32位高速ARM負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，采樣率為25.6KHz，即每周波采樣512點(diǎn)。核心器件A/D轉(zhuǎn)換芯片采用16位、同步采樣A/D轉(zhuǎn)換器件，具有轉(zhuǎn)換精度高，轉(zhuǎn)換速度快，同步采樣等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，為防止由于頻率偏離額定值時(shí)造成測量誤差，裝置采用硬件鎖相環(huán)技術(shù)，頻率自動(dòng)跟蹤，實(shí)時(shí)調(diào)整采樣間隔，以防止頻率“泄漏”。
電壓偏差的定義（GB/T12325－2008）
產(chǎn)品精度
電壓測量誤差：±0.2％；
電壓偏差誤差：±0.2%。
頻率偏差的定義（GB/T15945－2008）
指標(biāo)精度
頻率測量誤差：±0.01Hz。
電壓、電流不平衡度的定義
指標(biāo)精度
電壓不平衡度誤差：±0.2%；
電流不平衡度誤差：±1%。
諧波定義
諧波（Harmonic）即對周期性的變化量進(jìn)行傅里葉級(jí)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(fù)荷而產(chǎn)生的。
裝置對電壓、電流采樣值進(jìn)行FFT分解，可以得到各次諧波分量，由于采取了頻率自動(dòng)跟蹤補(bǔ)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(gè)周波，以3秒為一個(gè)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
諧波準(zhǔn)確度：A級(jí)
|
級(jí)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(biāo)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(jí)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°
間諧波的定義
間諧波是指非整數(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(jìn)行，即一個(gè)基本記錄周期為3秒鐘；
諧波準(zhǔn)確度：A級(jí)
電力系統(tǒng)的電壓波動(dòng)和閃變主要是由具有沖擊性功率的負(fù)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(jī)等。這些非線性、不平衡沖擊性負(fù)荷在生產(chǎn)過程中有功和無功功率隨機(jī)或周期性的大幅度變動(dòng), 當(dāng)其波動(dòng)電流流過供電線路阻抗時(shí)產(chǎn)生變動(dòng)的壓降, 導(dǎo)致同一電網(wǎng)上其它用戶電壓以相同的頻率波動(dòng)。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(jī)地變化, 稱為電壓波動(dòng)。
電壓波動(dòng)通常會(huì)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速脈動(dòng)、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(dòng)的敏感度遠(yuǎn)低于白熾燈, 為此, 選擇人對白熾燈照度波動(dòng)的主觀視感, 即“閃變”, 作為衡量電壓波動(dòng)危害程度的評價(jià)指標(biāo)。
① 閃變覺察律F(％)
“閃變”作為電壓波動(dòng)引起的人眼對燈閃的主觀感受，不僅與電壓波動(dòng)的大小有關(guān)，還與波動(dòng)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(jì)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(shí)視感度st
電壓波動(dòng)引起照度波動(dòng)對人的主觀視覺反應(yīng)稱為瞬時(shí)閃變視感度st。通常以閃變覺察率為50%，作為瞬時(shí)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(dòng)值
％，是研究閃變的實(shí)驗(yàn)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(shí)間，高于某一頻率的照度波動(dòng)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(dòng)／產(chǎn)生同樣視感度的f Hz正弦電壓波動(dòng)
④ 短時(shí)間閃變嚴(yán)重度和長時(shí)間閃變嚴(yán)重度
對于電弧爐等隨機(jī)變化負(fù)荷的電壓波動(dòng)，不僅要檢查其最大電壓波動(dòng)，還要在足夠長時(shí)間觀察電壓波動(dòng)的統(tǒng)計(jì)特件。
（統(tǒng)計(jì)時(shí)間為10min）是描述短時(shí)間閃變的統(tǒng)計(jì)值，（統(tǒng)計(jì)時(shí)間為2h）為描述長時(shí)間閃變的統(tǒng)計(jì)值。
按國標(biāo)要求，短時(shí)閃變的一個(gè)記錄周期為10分鐘，長時(shí)閃變?yōu)?小時(shí)。
指標(biāo)精度
電壓波動(dòng)測量誤差： ±5%；
閃變測量誤差： ±5%。
暫態(tài)擾動(dòng)包括暫態(tài)過電壓、電壓驟降、瞬態(tài)過電壓以及電壓短時(shí)中斷問題。
電壓驟降是指工頻條件下電壓均方根值減小到到 10％至 90％，持續(xù)時(shí)間為10ms至1 min的短時(shí)間電壓波動(dòng)現(xiàn)象。
電壓暫升 在電力系統(tǒng)某一點(diǎn)的電壓突然驟然到1.1～1.8p.u，持續(xù)時(shí)間通常在10ms～1min。
電壓短時(shí)中段是指供電電壓消失一段時(shí)間(電壓降到0.1p.u.以下)，一般不超過幾分鐘。短時(shí)中斷可以認(rèn)為是100%幅值的電壓暫降。
對上述電能質(zhì)量暫態(tài)擾動(dòng)，裝置可以實(shí)現(xiàn)如下功能：
實(shí)時(shí)監(jiān)測電壓瞬時(shí)值，在發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，經(jīng)過特定的檢測算法，判斷出擾動(dòng)，并給出擾動(dòng)發(fā)生的時(shí)刻，擾動(dòng)的幅度，擾動(dòng)的相位變化，擾動(dòng)持續(xù)時(shí)間等信息；
判斷出擾動(dòng)后，立即啟動(dòng)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5個(gè)周波，觸發(fā)后不少于5個(gè)周波。
造成系統(tǒng)電壓正弦波形的畸變，產(chǎn)生高次諧波的設(shè)備和負(fù)荷，稱為諧波源。一切非線性的設(shè)備和負(fù)荷都是諧波源。當(dāng)前諧波源主要有三大類：
1） 鐵磁飽和型：如變壓器、電抗器等鐵芯設(shè)備的激磁電流，主要諧波為3、5、7次。
2） 電子開關(guān)型：如整流器、逆變器等各種電力電子設(shè)備，其交流側(cè)電流波形呈開關(guān)切合和換相特性，特征諧波和與脈動(dòng)數(shù)p有關(guān)，h＝kp±1，k=1,2,3…，Ih/I1≤1/h。
3） 電弧型：如電弧爐，其諧波電流具有很大的隨機(jī)性，主要諧波為2、3、4、5、7次。
諧波源檢測的主要目標(biāo)是確定諧波源是來自用戶側(cè)還是系統(tǒng)側(cè)。諧波源檢測是非常有實(shí)用意義的一個(gè)應(yīng)用，但也是一件比較困難的工作，現(xiàn)有的很多方法或方案都存在諸多問題，如理論上有缺陷、無法實(shí)用化等。本裝置綜合已有檢測方法的優(yōu)缺點(diǎn)，采取了新的算法，對諧波源的檢測進(jìn)行了有益的探索，該方案還有待于在實(shí)踐中進(jìn)一步檢驗(yàn)。