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電能質量在線監測儀 (多通道)
電能質量在線監測儀 (多通道)

  第一章 概 述
  1.1 綜述
  理想的電力系統向用戶提供的應該是一個恒定工頻的正弦波形電壓,而隨著電力電子技術的發展,直流輸電、大功率單相整流技術在工業部門和用電設備上被廣泛應用,如大功率可控硅器件、開關電源、變頻調速等,這些典型非線性負荷將從電網吸入或注入諧波電流,從而引起電網電壓畸變,使電網波形受到污染,供電質量惡化,附加損失增加,傳輸能力下降,成為影響電能質量的重要因素。
  在電網中,三相負荷不平衡、電力系統諧振接地等會產生負序,大功率整流和非線性設備等會產生諧波。負序和諧波嚴重影響了供電質量,它們首先影響了電力設備安全運行。諧波可能引起諧振,諧振高壓加在電容器兩端,因為高次諧波對電容器阻抗很小,所以電容器易過負荷而擊穿;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機,不僅鐵芯損耗增加,而且使轉子發生振動,嚴重影響加工質量;高次諧波使保護設備誤動作,使系統損失加大;高次諧波使電力系統發生電壓諧振,在線路上引起過電壓,會擊穿設備絕緣。負序和諧波對發電機不僅有熱效應,產生局部發熱,而且會使發電機組產生振動,并伴有噪音,嚴重威脅機組的安全穩定運行。
  電能質量監測裝置采用先進的32位DSP處理器,是具有高速采樣、計算、分析、統計、通訊和顯示等功能相結合的電能質量監測設備。可實時監測電網的高達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、頻率、各次諧波有功功率、無功功率、功率因數、相移功率因數、有效值、正負序等電能質量指標。
  1.2 裝置功能特點
  電能質量在線監測裝置,是我公司在研究總結國內外電能質量監測裝置特點和實踐經驗基礎上,嚴格按照國家頒布的相關技術標準,自主設計開發的新一代嵌入式電能質量在線監測產品。
  1.2.1 裝置特點
  裝置硬件平臺具有如下主要特點:
  1) 采用Advantech公司32 位高性能PC104嵌入主板和TI 公司32 位DSP 為核心,具有強大的數據處理能力和邏輯、控制能力,核心硬件處于國內先進水平;
  2) 采用國際先進的嵌入式實時操作系統作為軟件平臺,全部軟件采用高級語言編程,保證了系統的高可靠性和高移植性;
  3) 數據采集通道采用單通道單A/D 設計,每個通道獨享一個16 位并行A/D,所有通道完全同步采樣,精度更高、速度更快,且任何一路A/D 損壞都不影響其它通道數據的正常采集;
  4) 大容量的存儲空間,滿足電能質量監測裝置對數據存儲的要求,實時數據掉電不丟失;
  5) 采用了四層印刷電路板(PCB)和SMT 工藝、繼電保護裝置常用的”背插式”結構;
  1.2.2 裝置功能
  裝置除具有常規的電能質量穩態指標的監測外,還對電能質量的暫態擾動,主要是電壓的驟升、驟降進行監測和記錄,具有較強的實用性。裝置主要具有以下功能:
  1) 基本測量
  電網頻率;電壓、電流有效值;總的有功、無功功率、功率因數。
  2) 基本監測指標
  a) 三相基波電壓、電流有效值,基波功率、功率因數、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) 高級監測指標
  a) 間諧波;
  b) 電壓波動、閃變;
  c) 電壓驟升、驟降、短時中斷;
  4) 顯示功能
  裝置面板上帶有大屏幕LCD顯示器,以圖形方式顯示主要電能質量監測指標的實時數據。
  5) 設置功能
  可對裝置硬件時鐘進行設置,對監測參數進行設置、修改和查看,并設有密碼保護。
  6) 記錄存儲功能
  可對基本監測指標和高級監測指標實時保存,在裝置上最長保存時間為1年以上,之后按”先進先出”原則更新。
  7) 通訊功能
  裝置提供多種通訊接口方式,實現監測數據的實時傳輸或定時提取存儲記錄,可通過工業以太網接口與遠方電能質量管理中心通訊,也可通過RS232C/RS485接口通訊。
  8) GPS 對時功能(選配)
  裝置具有GPS硬對時接口,可以接受IRIG-B碼對時,保持與遠方管理中心的時鐘一致。
  9) 暫態事件觸發錄波功能
  可根據客戶要求設定事件觸發限值,記錄事件觸發前、后實時數據并保存,并保存有事件日志以供查詢。
  1.3 系統應用方案

  第二章 主要技術指標
  2.1 工作電源
  交流:220V±10% ;50Hz±0.5Hz;諧波畸變率不大于15%
  直流:220V±10%,紋波系數不大于5%
  2.2 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 200mA~5A或AC 50mA~1A
  功率消耗:不大于0.5VA/路;
  過載能力:1.2In 連續工作;
    2In 允許1s。
  2.3 電壓信號輸入
  輸入方式:電壓互感器輸入;
  額定值Un:57.7V/100V;
  測量范圍:AC 0.5V~120V;
  功率消耗:不大于0.5VA/路;
  過載能力:1.73Un 連續工作;
     2Un 允許1s。
  輸入阻抗:大于100kΩ。
  2.4 開關量輸出
  工作電壓: AC220V 3A/DC30V 3A;
  輸出方式: 無源接點;
  2.5 監測指標精度
  1) 電壓、電流:0.2%;
  2) 功率、功率因數: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:0.5%;
  7) 諧波:符合GB/T 14549-1993 中附錄D 中的A 級要求;
  8) 間諧波:參照/T 14549-1993 附錄D 中對諧波要求的A 級;
  9) 閃變:5%;
  10)電壓波動:5%。
  2.6 通訊接口
  1) 以太網
  接口速率:10/100M 自適應;
  接口類型:100Base—T;
  支持TCP/IP,FTP 協議;
  2) RS232C/485 接口
  接口速率:RS232C——300~115200bps,RS485——300~19200bps;
  帶光電隔離。
  2.7 GPS 對時接口(選配)
  裝置接口: IRIG-B碼對時。
  2.8 執行標準
   《GB/T 15945-2008 電能質量 電力系統頻率允許偏差》
   《GB 12325-2008 電能質量 供電電壓允許偏差》
   《GB/T 15543-2008 電能質量 三相電壓允許不平衡度》
   《GB/T 18481-2001 電能質量 暫時過電壓和瞬態過電壓》
   《GB/T 14549-93 電能質量 公用電網諧波》
   《GB 12326-2008 電能質量 電壓波動與閃變》
   《GB 24337-2009 電能質量公用電網間諧波》
   《電能質量測試分析儀檢定規程》
   《GB/T 19862-2005電能質量監測設備通用要求》
  2.9 環境
  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:可達3000 米;
  第三章 機械結構及電氣安裝
  3.1 安裝開孔圖
  裝置為嵌入式安裝方式,可以集中安裝于控制室的屏柜上,也可分散安裝于開關柜上。

  3.2 模擬量輸入回路
  裝置用交流電流回路必須用可靠壓接的不小于2.5mm²的帶色標的導線連接至屏、柜的電流輸入端子處,裝置端子上的螺絲必須有彈簧墊圈并擰緊,以防止交流電流回路開路;交流電壓回路必須用可靠壓接的不小于1.5mm²的導線連接至屏、柜的電流輸入端子處。
  注意:在裝置投入運行前,必須仔細檢查裝置的交流電流、電壓輸入回路的接線是否正確,尤其是交流電流回路的所有端子必須接觸可靠,防止電流回路開路而產生危險的高壓,危及人身安全!
  3.3 通訊網絡的連接
  裝置適用于電力系統各電壓等級變電站和工礦企業變電站,網連接構成通訊網絡。本裝置提供兩個獨立的、互為備用的以太網接口,通過專用的屏蔽網絡連接線按照國際通用的EIA/TIA 568B 標準接入網絡交換機后組網。網絡拓撲圖請參見第1.6.節。以太網連接線的兩個端頭都需按照EIA/TIA 568B 標準制作,其接線示意如圖16 所示。

  圖16 EIA/TIA 568B 標準接線圖
  第四章 人機界面
  4.1設備啟動

  本設備在內部工控板發出啟動提示音后大約15~18秒后點亮屏幕背光,并顯示此開機啟動界面。在底部依次提示Checking Storage...和Loading Moudles...,等待機器完成啟動自檢和初始化工作。在內置存儲器3.5G狀況下,自檢和系統初始化全部完成大約持續15~20秒鐘。此過程結束后切換至數據監測界面。
  4.2開機默認界面(數據概要界面)

  此界面為設備啟動以后的默認界面,提供電能質量數據概要。主要包括:頻率,有效值(Ua,Ub,Uc,Ia,Ib,Ic)、畸變率(HrUa,HrUb,HrUc,HrIa,HrIb,HrIc)、有功(P)無功(Q)、分項有功(Pa,Pb,Pc)分項無功(Qa,Qb,Qc)、視在功率(Sa,Sb,Sc)、功率因數(Cosa,Cosb,Cosc)、波動(Da,Db,Dc)、短閃變(Psta,Pstb,Pstc)、長閃變(Plta,Pltb,Pltc)、電壓電流正序(U1,I1)、電壓電流負序(U2,I2)、電壓電流零序(U0,I0)、電壓電流不平衡度(U21,I21)。
  在此界面中,可以按↑鍵查看下一個通道;↓查看上一個通道;按MENU鍵進入主菜單。
  注意:
  人機界面的功能按鍵設計為動態提示方式。如:MENU/菜單,↑/通道+,↓/通道-。斜杠前對應面板上的按鍵,斜杠后表示在當前頁面該面板按鍵代表的具體功能。以上三個動態提示分別表示:按MENU鍵(進入菜單),按↑鍵(當前通道號加1),按↓鍵(當前通道號減1)。無提示的按鍵表示該按鍵在當前頁操作無效。具體按鍵在不同頁面的功能定義是動態分配的,由于系統升級或其他原因,按鍵和功能可能會有所變動,請按照設備實際的按鍵提示來操作。
  本設備B碼對時為選配功能。當使用B碼對時界面底部“IRIG-B未同步”字樣消失,并顯示衛星鐘傳輸的IRIG-B所表示的時間。
  底部右下方“磁盤占用”圖標為紅色時,代表有數據寫入狀態。此時應盡量避免強行關閉設備,以防數據丟失或存儲介質物理損壞。
  4.3主菜單

  本界面提供設備主功能菜單選擇,標準配置功能為數據概要,諧波,波形圖,頻譜圖,相量圖,開入狀態,通道設置和儀器設置。間諧波與暫態為高級選配功能,高級用戶可以使用。
  在此界面中,可以按↑↓←→鍵移動光標至所需功能;按ENTER(確認鍵)后進入選中功能;按MENU鍵返回主頁,即數據概要頁面。
  4.4諧波界面

  本界面為在主菜單中選中諧波功能后顯示的諧波監測界面,提供總諧波畸變率(UT/IT),基波,各次(2~63次)諧波畸變率、有效值,基波相角數據的監測信息。
  在此界面中,可以按↑↓鍵更改諧波次數;←→鍵在A、B、C三相間切換;按ENTER(確認鍵)查看下一個通道;按ESC鍵查看上一個通道;按MENU鍵返回主菜單。
  4.5間諧波界面

  本界面為在主菜單中選中間諧波功能后顯示的間諧波監測界面,提供總諧波畸變率(UT/IT),基波,各次(共25次)間諧波畸變率、有效值,基波相角數據的監測信息。
  在此界面中,可以按↑↓鍵更改間諧波次數;←→鍵在A、B、C三相間切換;按ENTER(確認鍵)查看下一個通道;按ESC鍵查看上一個通道;按MENU鍵返回主菜單。
  4.6波形界面
  4.6.1全相波形

  本界面為在主菜單中選中波形功能后顯示的電壓、電流波形監測界面,提供三相電壓、電流的波形數據的圖形監測信息,以及各相有效值數據。
  在此界面中,可以按↑↓鍵更改查看通道;按ENTER(確認鍵)單獨放大某一相的波形;按MENU鍵返回主菜單。
  4.6.2單相波形

  本界面為在波形監測功能中按ENTER(確認鍵)后的單相放大界面。提供某一相電壓或電流的波形數據的圖形監測信息,及有效值數據。
  在此界面中,可以按↑↓鍵更改查看通道;←→鍵在A、B、C三相電壓,電流間切換;按ENTER(確認鍵)返回波形監測界面;按MENU鍵返回主菜單。
  4.7頻譜界面
  4.7.1全相頻譜界面

  本界面為在主菜單中選中頻譜功能后顯示的電壓、電流諧波頻譜監測界面,提供三相電壓、電流的頻譜數據的圖形監測信息,以及各相總含有率數據。
  在此界面中,可以按↑↓鍵更改查看通道;按ENTER(確認鍵)單獨放大某一相的頻譜圖;按MENU鍵返回主菜單。
  4.7.2單相頻譜界面

 

  本界面為在頻譜監測功能中按ENTER(確認鍵)后的單相放大界面。提供某一相電壓或電流的頻譜數據的圖形監測信息,及有總含有率,各次含有率圖形數據。其中橫坐標T表示某一相總含有率。縱坐標一個刻度為1。能直觀顯示各次諧波的相對畸變程度。
  在此界面中,可以按↑↓鍵更改查看通道;←→鍵在A、B、C三相電壓,電流間切換;按ENTER(確認鍵)返回頻譜監測界面;按MENU鍵返回主菜單。
  4.8向量界面

  本界面為在主菜單中選中相量圖功能后顯示的電壓、電流圖形向量監測界面,提供三相電壓、電流的向量圖形監測信息,以及各相相角數據。
  在此界面中,可以按↑↓鍵更改查看通道;按MENU鍵返回主菜單。
  4.9開入界面

  本界面為在主菜單中選中開入狀態功能后顯示的開入量監測界面,提供設備所檢測的4個輸入狀態的分合狀態監測信息。
  在此界面中,按MENU鍵返回主菜單。
  4.10暫態界面

 

  本界面為在主菜單中選中暫態功能后顯示的暫態數據監測界面,提供電壓驟升,暫降,中斷等暫態事件的監測信息。當前界面顯示某通道一天內記錄的所有暫態事件,按發生時刻降序排列提供瀏覽查詢。故障開始、結束波形為選中序號(光標高亮)對應的故障錄波波形。
  在此界面中,可以按↑↓鍵更改當前頁中查看暫態事件序號;當暫態數量多于5個,在當前頁顯示不下時,按←→鍵可更改當前顯示頁;按ENTER(確認鍵)可更改查看暫態的參數(時間和通道);按MENU鍵返回主菜單。
  4.10.1設置暫態參數

  本界面為在暫態功能中按ENTER(確認鍵)后的設定暫態參數界面。在此界面下可以設定查詢暫態事件的查詢時間(年月),通道參數,選定當前通道,當前月份下所有的有發生暫態的。
  在此界面中,可以按↑↓鍵可選定當前月中的某天暫態(如果當天有暫態的話);當月的暫態記錄天數多于7天,當前頁顯示不下時,按←→鍵可更改當前顯示頁;按ENTER(確認鍵)可查看選定某通道、某天的暫態的信息并進入該天暫態事件查看界面;按ESC鍵暫態參數開始閃動,并進入暫態參數修改界面;按MENU鍵返回暫態查看功能。
  4.10.2修改暫態參數界面

  本界面為在設置暫態參數功能中按ESC鍵后的暫態參數修改界面。在此界面下可以修改查詢暫態事件的查詢時間(年月),通道參數,并查詢設定參數下的暫態信息。
  在此界面中,可以按↑↓鍵可增減當前選定修改項目(閃動部分)中的參數數值;按←→鍵可更改當前選定修改項目;按ENTER(確認鍵)確認參數修改,同時參數不再閃動;在參數不再閃動以后按ESC鍵開始查詢給定暫態參數的暫態信息,并進入設置暫態參數界面;按MENU鍵返回暫態查看功能。
  4.11口令輸入界面

  本界面為在主菜單中選中通道設置、儀器設置功能后顯示的口令確認界面,是設置通道參數,儀器參數前防止誤觸的口令輸入確認界面。默認口令為1234。
  在此界面中,可以按↑↓鍵更改當前選中部分(高亮閃動)的值;←→鍵可更改當前選定部分;按ENTER(確認鍵)確認輸入,當輸入正確時進入設置功能,錯誤返回主菜單,需重新輸入;按MENU鍵返回主菜單。
  4.12通道參數設置界面

  本界面為在主菜單中選中通道設置功能并通過口令驗證后顯示的通道參數修改界面,提供電壓等級、接線方式,電壓變比,變流變比,PQD地址的參數設置。
  其中:接線方式WYE為三相四線制方式,Detla為三線三相制接線。
  電壓、電流變比可設定為小數,能精確至2位小數。
  PQD地址為PQDIF接入Id序號。為特定地區使用參數。一般用戶可忽略。
  在此界面中,可以按↑↓鍵更改當前需要設置的通道;←→鍵可更改當前選定部分;按ENTER(確認鍵)確認進入修改狀態,按修改頁面的按鍵提示操作,完成修改;按MENU鍵返回主菜單。
  4.13儀器參數設置界面

  本界面為在主菜單中選中儀器設置功能并通過口令驗證后顯示的儀器參數修改界面,提供系統時間,網卡地址(標配出廠為單網口,使用網卡1,雙網口需要訂貨時注明,特殊定制),儀器通訊參數的設置。
  注意:由于本產品為了滿足不同現場的使用需求,通道數量和出廠功能配置等個體間差異較大,同時產品本身的軟硬件也在不斷更新。為了更有針對性確定現場設備配置和定制情況。左下角綠色ID,SN等為本設備硬軟件配置信息,通道配置信息等。生產廠家在必要時可以通過此信息確定產品出廠時的配置使用信息,來幫助現場用戶解決在使用過程中出現的各種問題。
  在此界面中,可以按↑↓鍵更改當前需要更改的設置條目;←→鍵可更改當前選定部分;按ENTER(確認鍵)確認進入修改狀態,按修改頁面的按鍵提示操作,完成修改;未確認修改前按MENU鍵會放棄改任何當前修改,并返回主菜單。
  4.13.1設定系統時間

 

  本界面為在儀器設置界面中選中設置系統時間功能后的系統時鐘修改界面,提供系統時鐘設置。
  在此界面中,可以按↑↓鍵可更改當前選定項數值;←→鍵更改當前選定項(高亮閃動);按ENTER(確認鍵)確認修改系統時鐘;未確認修改前按MENU鍵會放棄改任何當前修改,并返回儀器設置界面。
  4.13.2網絡地址設置界面

 

  本界面為在儀器設置界面中選中設置網卡1功能后的網絡參數修改界面,提供網絡1口地址修改設置。設置確定后網絡設置自動保存并立即生效(網口參數設置請按照系統管理員要求正確設定,錯誤的網絡參數會造成設備無法聯網)。本設備出廠標配單網口,使用網卡1。如使用雙網口,網卡2的參數設置操作同網卡1。
  在此界面中,可以按↑↓鍵可更改當前選定項數值;←→鍵更改當前選定項(高亮閃動);按ENTER(確認鍵)確認修改網絡參數;未確認修改前按MENU鍵會放棄改任何當前修改,并返回儀器設置界面。
  4.13.3通訊參數設置界面

  本界面為在儀器設置界面中選中設置通訊參數功能后的通訊參數修改界面,提供規約類型,RS232/RS485通訊口參數修改設置。設置確定后通訊設置自動保存并立即生效。
  目前本設備支持的規約類型有:Modubs,IEC-60870-103和本廠規約三種。通訊參數和設備地址請按現場通訊要求正確設置。
  在此界面中,可以按↑↓鍵可更改當前選定項數值;←→鍵更改當前選定項(高亮閃動);按ENTER(確認鍵)確認修改通訊參數;未確認修改前按MENU鍵會放棄改任何當前修改,并返回儀器設置界面。
  常見故障及排除
  1、終端啟動后界面無顯示
  如果運行指示燈不亮,表明電源未正確供電,此時需檢查外部220V電壓輸入線路。
  2、終端放置平穩后再上電,避免震動影響顯示效果。
  3、如儀器出現內部線路問題請不要私自拆修,請及時與我司聯系。

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