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電網(wǎng)電能質(zhì)量檢測是檢測電網(wǎng)諧波含量以及判斷電網(wǎng)諧波污染程度的重要手段，準確的檢測數據可以防止電網(wǎng)諧波對用電設備的損害。
本方案的在線(xiàn)電能質(zhì)量監測系統由電能質(zhì)量檢測儀、數字主機、配套軟件及磁盤(pán)陣列存儲服務(wù)器等部件組成，實(shí)現了電能質(zhì)量的在線(xiàn)監測，并且基于磁盤(pán)陣列存儲技術(shù)實(shí)現了大數據存儲，為電能質(zhì)量監測的數據集中以及電網(wǎng)的故障查詢(xún)提供詳細準確的數據。
近年來(lái)，隨著(zhù)我國電力實(shí)業(yè)的迅猛發(fā)展，電力系統的規模日益擴大，以往電能緊缺的問(wèn)題已經(jīng)逐步解決，與此同時(shí)，隨著(zhù)電力電子技術(shù)廣泛應用和電弧爐等沖擊負荷以及電力機車(chē)等拖動(dòng)負荷的日益增多，雖然在技術(shù)和經(jīng)濟上帶來(lái)了一系列方便和效益，但也使電網(wǎng)諧波的含量大量增加，電網(wǎng)的諧波污染日益嚴重，這會(huì )導致設備的壽命縮短、網(wǎng)損增大、電網(wǎng)發(fā)生諧振、通信受干擾等一系列重要問(wèn)題。
電弧爐等大功率沖擊負荷除了會(huì )造成嚴重的諧波污染之外，還是電壓波動(dòng)和閃變的重要原因，電力機車(chē)等大功率的牽引負荷會(huì )造成三相不平衡。
有關(guān)電能質(zhì)量問(wèn)題的研究已經(jīng)引起了各國電力工作者的高度重視，國家技術(shù)監督局也相繼頒布了涉及電能質(zhì)量八個(gè)方面的國家標準：《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》、《電能質(zhì)量 電壓波動(dòng)和閃變》、《電能質(zhì)量 三相電壓不平衡度》、《電能質(zhì)量 供電電壓偏差》、《電能質(zhì)量 電力系統頻率偏差》、《電能質(zhì)量 暫時(shí)過(guò)電壓和瞬態(tài)過(guò)電壓》、《電能質(zhì)量 監測設備通用要求》、《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)間諧波》。
要解決面臨的電能質(zhì)量問(wèn)題，就離不開(kāi)對電網(wǎng)電能質(zhì)量參量的監測。就目前而言，電能質(zhì)量監測分為非在線(xiàn)監測和在線(xiàn)監測兩種方式。
非在線(xiàn)監測采用便攜式測試儀，不定期對所關(guān)注的某些點(diǎn)進(jìn)行測試，采集相關(guān)數據并進(jìn)行后續離線(xiàn)分析，這種方式投資小、靈活性高，但存在明顯的局限性，如：實(shí)時(shí)性不強、監測指標少、缺乏決策判斷的依據、工作量大、效率低等。
隨著(zhù)電力行業(yè)系統運行管理的系統化、網(wǎng)絡(luò )化、自動(dòng)化和智能化，通訊網(wǎng)絡(luò )和因特網(wǎng)技術(shù)的日益成熟，出現了三網(wǎng)合一的趨勢，功能單一的電力系統測量?jì)x表已經(jīng)不再適應現代化電能管理的需要，因此急需一種通用性好、集測量與通訊等功能于一體的在線(xiàn)電能質(zhì)量監測裝置，這對保證電力系統運行的安全性、經(jīng)濟性和可靠性都具有重要的實(shí)際意義。
湖南銀河電氣有限公司致力于在線(xiàn)電能質(zhì)量監測的研究，研制出在線(xiàn)電能質(zhì)量監測系統。該系統由電能質(zhì)量檢測儀、數字主機、配套軟件及磁盤(pán)陣列存儲服務(wù)器等部件組成，其組成原理圖如下圖1所示：
圖1 在線(xiàn)電能質(zhì)量監測系統原理圖
配置多臺電能質(zhì)量檢測儀分布于各個(gè)監測點(diǎn)，電能質(zhì)量檢測儀之間、檢測儀與數字主機之間通過(guò)高速光纖串行總線(xiàn)進(jìn)行通訊連接。
單臺電能質(zhì)量檢測儀具備4個(gè)電壓測量通道和3個(gè)電流測量通道，分別測量監測點(diǎn)的三相線(xiàn)電壓(如下圖1中Uab、Ubc、Uca)、相電流(Ia、Ib、Ic)以及零地電壓(Un-pe)。電壓和電流測量采用直接接觸式測量方式，并配置專(zhuān)用的接線(xiàn)端口，保證接線(xiàn)的便捷性及安全性，產(chǎn)品直接串接于一次回路中。電能質(zhì)量檢測儀電壓通道準確測量范圍為5V~1200V，電流通道準確測量范圍為0.5A~120A(也可通過(guò)外接電壓/電流互感器的方式擴展測量范圍)，基波頻率測量范圍為DC，0.1Hz~1500Hz，電壓電流測量精度為0.1%rd，每個(gè)測量通道的采樣速率為10kSa/S，檢測儀需要外部提供220VAC工作電源，功耗約為20W。
數字主機為電能質(zhì)量檢測儀和上位機之間的通訊樞紐，其主要功能為向檢測儀發(fā)送同步時(shí)鐘、接收所有測試結果并進(jìn)行簡(jiǎn)單的運算處理，并將結果上送至上位機進(jìn)行后續處理。數字主機具備7對光纖接口，其中1對用于多臺數字主機之間的同步級聯(lián)，另外6對用于連接檢測儀或擴展更多的測量通道，本系統中共占用數字主機的1對光纖接口。數字主機與檢測儀之間通過(guò)高速串行光纖連接，與上位機之間通過(guò)以太網(wǎng)連接。
配套軟件根據數字主機上送的測試結果，按照如上所列各項國標要求，進(jìn)行電壓/頻率偏差、諧波、電壓波動(dòng)和閃變、三相電壓不平衡等參數的計算和結果顯示，并具備趨勢曲線(xiàn)、實(shí)時(shí)波形顯示和曲線(xiàn)回放功能，另外還可加入結果判定(用戶(hù)設置判定依據)，出具試驗報表及打印(用戶(hù)需事先提供報表模板)。
服務(wù)器和高速磁盤(pán)存儲器主要用于數據的存儲和記錄，由于監測點(diǎn)數量多、監測時(shí)間長(cháng)，需存儲的數據量大，一般的存儲器難以滿(mǎn)足要求，因此采用服務(wù)器+磁盤(pán)陣列的方式作為該檢測系統的數據存儲，方便用戶(hù)隨時(shí)調用以往/實(shí)時(shí)數據及對大量測試結果進(jìn)行歸納分析，總結規律。數據記錄的時(shí)間長(cháng)度取決于磁盤(pán)陣列容量的大小(磁盤(pán)大小/數量可配置)。
在線(xiàn)電能質(zhì)量檢測系統可以實(shí)現電網(wǎng)頻率、三相基波電壓/電流、電壓/電流有效值、基波有功功率、總功率、無(wú)功功率、功率因數、相位、電壓偏差、頻率偏差、三相電壓/電流不平衡度、電壓/電流正負零序分量、諧波(0~99次)，電壓/電流的總諧波畸變率、各次諧波含有率、幅值、相位、實(shí)時(shí)波形、矢量圖等的測量。
間諧波、電壓波動(dòng)、閃變、電壓驟升、驟降、短時(shí)中斷、暫時(shí)過(guò)電壓、瞬態(tài)過(guò)電壓等。
可對基本參數進(jìn)行設置、修改和查看，包含更新周期、測試線(xiàn)路圖、測量模式、平均方式等，用戶(hù)分級管理權限，密碼保護等。
可對監測的所有指標進(jìn)行實(shí)時(shí)保存，并可由用戶(hù)配置保存對象，所有數據存儲于高速磁盤(pán)陣列中，并采取雙備份存儲機制，保證了數據存儲的可靠性，方便用戶(hù)隨時(shí)調取與分析。
提供多種通訊接口方式，包含光纖、以太網(wǎng)、USB、RS232等，實(shí)現監測數據的實(shí)時(shí)傳輸或定時(shí)提取，基本不受地域限制，特別適用于遠程通訊。
電能質(zhì)量檢測儀采用前端數字化技術(shù)和光纖通訊，極大的保證了信號傳輸的穩定性及精度。前端數字化技術(shù)是指在測試前端，產(chǎn)品直接被測信號轉換為數字信號，改變以往采用模擬量傳輸的方式，減少引入干擾的環(huán)節，極大的增強了系統的電磁兼容性能和測試精度。光纖傳輸具有損耗低、頻帶寬、抗干擾能力強、傳輸距離遠等特點(diǎn)，具有其它傳輸載體無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，是遠距離通信最理想的傳輸媒介。
電能質(zhì)量檢測儀的各個(gè)測量通道均配置8個(gè)無(wú)縫自動(dòng)量程轉換檔位，并自動(dòng)根據測試對象的大小選擇最佳匹配量程，無(wú)需人工操作，保證標稱(chēng)范圍內測量精度的一致性，無(wú)論大信號還是小信號，都能準確測量?！盁o(wú)縫”是指在檔位切換過(guò)程中數據不丟失，保證高速率采樣頻率下，不丟失任何對用戶(hù)有用的信息。
測量通道：可通過(guò)增加電能質(zhì)量檢測儀和級聯(lián)數字主機的方式，擴展更多數量的監測點(diǎn)和測量通道，通訊連接只需連接一對光纖線(xiàn)纜，搭建簡(jiǎn)單；
軟件功能：銀河電氣軟件研發(fā)團隊可根據用戶(hù)提出的詳細的技術(shù)要求文檔，編制相應的客戶(hù)端軟件，實(shí)現軟件的后續功能擴展與升級。
所有測試參數，全部依據國標規定的算法進(jìn)行數據處理。
采用高速磁盤(pán)陣列作為主存儲器，兼顧了存儲的數據量及存儲速度，為客戶(hù)提供了珍貴的測量原始數據。
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