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電能質量在線監測儀(單通道)
電能質量在線監測儀(單通道)

  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。
  本公司生產的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、真功率因數、相移功率因數、真有效值、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,通道獨享一個16 位并行A/D,完全同步采樣,精度更高、速度更快;
  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) 采用鎖相環技術,防止了在電力系統頻率變化時對監測指標的影響,防止了頻率”泄漏”;
  6) 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,統計時間間隔可設置,3Min數據(保存最大值、最小值、平均值、95%概率大值中的一項)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) 統計功能
  裝置具有對主要監測指標的在線統計功能,可統計一個時間段內監測指標的最大值、最小值、平均值、95%概率大值等。
  8) 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接口與遠方通訊。
  9) GPS 對時功能
  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。
  10)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 電能質量分析軟件功能特點
  電能質量分析管理軟件是一款專業的電能質量數據、報表圖形分析處理的專業軟件,該軟件結合我國電能質量相關標準和國際IEC相關標準設計,軟件采用C++環境開發,能夠滿足絕大多數電網電能質量監測管理的需求,電能質量分析管理軟件均有客戶端(C/S版)和瀏覽器(B/S版)兩種,根據客戶要求進行配置。
  軟件具有如下特點:
  1) 采用面向對象的編程方法,對功能進行模塊化設計,使用獨特的內存數據庫管理機制,從而實現快速實時響應。
  2) 完全采用鏈表、矩陣、映射等先進數據結構定義,保持了系統良好的可擴展性。
  3) 進程間采用Socket 網絡通訊方式,各進程既可在同一臺計算平臺上運行,也可在網絡上的不同計算平臺上分布運行。
  4) 線程、進程間分層檢測監督下級線程、進程運行狀態,自動注銷和重新啟動失效的線程、進程,保證系統的安全可靠。
  5) 完善的系統信息記錄功能。全面記錄客戶機、服務器、通訊程序等重要程序的啟動、運行、退出狀態的均有信息提示和事件,能幫助運行人員在計算機系統發生異常情況下及時找到出問題的模塊,同時可以作為網絡運行安全、穩定的參考信息。通過固定的歷史表格可以記錄一段時間的統計數據和實時數據。(時間段可以進行設置)
  6) 用戶權限化管理,不同的用戶擁有不同的操作權限。
  7) 擁有的C/S(客戶機/服務器)和B/S(瀏覽器/服務器)兩種系統模式:C/S 系統在邏輯上將功能分塊,服務器系統(Server)完成所有與數據庫相關的操作和客戶機系統(Client)用于數據庫修改、數據分析、圖形顯示、生成PQDIF 文件、生成報表等操作;B/S 系統依靠服務器強大的功能實現與數據庫相關的操作和數據分析、生成PQDIF 文件、生成報表等功能,通過瀏覽器以WEB 瀏覽的方式訪問服務器,完成圖形顯示、瀏覽打印報表等應用工作。
  1.4 系統應用方案
  整個網絡分為采集單元、變電站監測層和上級監測層三個部分。采集單元為監測終端,通過以太網將數據傳送至當地監控系統。用戶可通過上級監測層和當地監控系統進行管理。

  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:1.3Un 連續工作;
  1.4 Un 允許1s。
  輸入阻抗:大于100kΩ。
  2.4開關量輸出
  工作電壓:AC220V/DC30V;
  輸入方式:空接點或有源接點;
  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;
  防護等級:IP50。
  第三章 機械結構及電氣安裝
  3.1 外形尺寸圖

  裝置為嵌入式安裝方式,可以集中安裝于控制室的屏或柜上,也可分散安裝于開關柜上。
  3.2 電氣安裝
  3.2.1 典型電氣接線示意圖
  三相三線電壓電流經互感器接入方法,按下圖方式進行

  三相四線電壓電流經互感器接入方法,按下圖方式進行接線:
 

  三相四線電壓電流經互感器接入方法
  3.2.2 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壓輸入端子處。
  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!
  3.2.3 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。本裝置可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。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。

  第四章 人機界面
  4.1 電能質量監測裝置
  電能質量監測裝置采用320×240的3.8寸液晶,顯示15行每行20個漢字;共有六個按鍵。
  4.1.1 功能鍵盤
  【↑】:向上移動光標,選擇所需操作項目
  【↓】:向下移動光標,選擇所需操作項目
  【→】:向右移動光標,選擇所需操作項目
  【←】:向左移動光標,選擇所需操作項目
  【確認】:實現進入主菜單、菜單選擇確認、進入數值修改或確認數值修改功能
  【返回】:退出目前顯示菜單,返回上級菜單,或者取消輸入
  4.1.2 菜單主界面

 

  4.1.3 主要菜單操作說明
  在主界面下,按【確認】鍵,進入裝置功能主菜單顯示界面,選擇好菜單項按【確認】鍵進入相應菜單的操作。主菜單項有5項:實時數據、參數設置、事件查看、其他功能、曲線查看。

  4.1.4 實時數據

  按【確認】鍵進入菜單操作,同時跳入1.基本數據欄,選擇好相應欄目后,按【確認】鍵進入相應數據顯示,按【返回】鍵返回上級菜單。

  4.1.5 參數設置

  按【確認】鍵跳入1.地址設置欄,選擇好相應欄目后,按【確認】鍵進入相應操作,按【返回】鍵返回上級菜單。
  1、 地址設置                                    2、時間設置

  3、通訊設置                            4、變比設置

 

  

  5、電能質量限值設置(默認狀態為10KV國標限值)   6、數據時間間隔設置


 

  4.1.6 暫態事件查看

  1、 暫態事件

  4.1.7 其他功能

 

  按【確認】鍵進入菜單操作,同時跳入1.參數顯示欄,選擇好相應欄目后,按【確認】鍵進入相應數據顯示,按【返回】鍵返回上級菜單。
  1、 參數顯示                                     2、啟動記錄
  *************************************
  4.1.8 曲線查看
  *************************************
  按【確認】鍵進入菜單操作,同時跳入1.實時電壓波形欄,選擇好相應欄目后,按【確認】鍵進入相應數據顯示,按【返回】鍵返回上級菜單。
  4.1.9 儀器IP地址設置
  當電能質量監測需要多臺儀器聯網時,必須對單臺設備的IP進行設置,此時儀器連接電腦,輸入出廠IP設置,一般為192.168.1.13到192.168.1.15,進入以下界面,密碼為88888

  界面進入后如下,進行選擇SYSTEL INFO進行IP地址設置,其它菜單謹慎設置,以免影響系統功能。

  第五章 電能質量分析管理軟件
  5.1 軟件概述
  電能質量分析管理軟件是一款專業的電能質量數據、報表圖形分析處理的專業軟件,該軟件結合我國電能質量相關標準和國際IEC相關標準設計,軟件采用C++環境開發,能夠滿足絕大多數電網電能質量監測管理的需求,電能質量分析管理軟件均有客戶端(C/S版)和瀏覽器(B/S版)兩種,根據客戶要求進行配置。
  5.2 運行界面
  雙擊文件中的“ ”圖標,電腦屏幕出現分析軟件的主界面,如下圖:

 

  在主界面的左側有用戶設置的相應的站點信息;右側有“實時數據”、“歷史數據”、“統計數據”、“站點管理”四個主菜單,每個菜單下都有相應的子菜單項。
  5.3 站點管理

 

  點擊“站點管理”,用戶填寫站點信息和設備信息,如站點添加寫為“保定供電局”,點擊“確認增加”按鈕,左側站點信息會變成相應的站點,點擊“增加設備”頁面跳轉到如下圖:

  添加設備信息以及相應的變比、存儲間隔設置,完成后點擊“增加設備”按鈕,這樣就把站點設置完成了,左側站點信息出現對應的設備信息。
  5.4 實時數據
  單擊“實時數據”菜單后選中要查看的設備信息,進入后點擊“查看實時”頁面跳轉到如下圖:

  在此界面可以實時的顯示各次諧波(分析軟件到63次)、實時間諧波、各相角、實時波形、實時頻譜、電壓電流有效值、三相基波電壓電流、電壓電流總諧波畸變率、三相電壓波動、長/短時間閃變、真有/無功功率、基波有/無功功率、諧波有/無功功率、功率因數等功能。
  5.5 歷史數據
  單擊“歷史數據”菜單,進入后分別為“查看歷史、查看趨勢、調歷史數據”三個子菜單,點擊“查看歷史”菜單頁面跳轉到如下圖:

  用戶可以根據時間段來查看對應的歷史數據,也可以對此數據進行打印。用戶在單擊“調歷史數據”子菜單頁面跳轉為如下圖:

  用戶可以根據時間段來調取對應的歷史數據進行查看分析和曲線分析
  5.6 統計報表
  單擊“統計報表”子菜單,進入點擊“生成報表”按鈕,頁面跳轉到如下:

  選擇線路后,確定查看時間段,用戶可以生成報表、打印報表、保存報表(存為“*.rpt”格式)、導出報表(可以存為“PFD文檔*.PDF、文檔*.doc、網頁文件*.html、Excel文件*.xls、CVS文件*.cvs”)、打開報表(打開用戶原有的保存報表)。
  第六章 設備維護與維修
  6.1 維護
  ◆本儀器的顯示屏為液晶屏,請勿用力按壓或用銳器擦劃。
  ◆本儀器屬精密測量設備,請勿摔碰。
  6.2 保修期
  從用戶購買之日起,提供為期一年的保修服務,保修責任:
  ◆確由廠家制造的原因導致儀器工作不正常或不能工作;
  ◆儀器在正常使用情況下損壞;
  ◆廠家按照合同要求履行異地交貨時由運輸過程導致的損壞。
  6.3 質保期
  質保卡是用戶獲得保修服務的憑證,請妥善保存。
  凡以下原因造成的損壞,不在保修之列:
  ◆用戶未按要求對儀器保養和維護;
  ◆儀器運行環境和條件不符合本手冊的規定;
  ◆未被授權的維修和拆裝。
  6.4 維修
  ◆若儀器在保修期外出現故障,本公司亦給予維修;
  ◆如維修需在廠家進行,請按照再包裝要求將儀器包裝好后進行運輸。
  ◆盡量使用原包裝箱及包裝材料。由于包裝不當導致儀器在運輸過程中損壞由用戶負責;
  ◆若在保修期內,請提供質保卡備查;
  ◆請詳細描述故障現象并隨儀器一并提供。

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