電能質(zhì)量監(jiān)測裝置及系統(tǒng)

王蘭

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定 201801

摘要：現(xiàn)代社會的發(fā)展離不開電能的支持，而電能的穩(wěn)定性質(zhì)量將會在很大程度上影響人們的生活與工作，更高質(zhì)量的電能對于人們的生產(chǎn)生活十分重要。電網(wǎng)電能在線檢測系統(tǒng)在應(yīng)用的過程中可以對電網(wǎng)電能實際應(yīng)用情況進行實時監(jiān)督以及數(shù)據(jù)記錄，而技術(shù)人員能夠通過對數(shù)據(jù)進行分析，判斷電網(wǎng)電能的實際應(yīng)用情況，找出運作不正常的設(shè)備并進行更換與維修，以保證電網(wǎng)電能質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)電能質(zhì)量；電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置；電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)；

1.前言

       電網(wǎng)電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)的檢測指標是技術(shù)人員判斷電能質(zhì)量以及電網(wǎng)運作質(zhì)量的重要標準，而技術(shù)人員也能夠通過對這些指標的分析，判斷電網(wǎng)電能質(zhì)量是否滿足我國對于電網(wǎng)電能質(zhì)量的實際要求。目前，我國在進行電網(wǎng)電能質(zhì)量檢測的過程中所應(yīng)用的指標有電壓偏差、頻率偏差、諧波、電壓波動、閃變、三相電壓不平衡等。

2.電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置

       APView500電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置是通過對引入的電壓、電流信號進行分析處理，實現(xiàn)對電能質(zhì)量指標進行監(jiān)測的裝置。符合GB/T17626.30-2012中準確度測量方法，適用于要求精確測量電能質(zhì)量指標參數(shù)的場合，例如供電合同約定的解決電能質(zhì)量糾紛、或驗證是否滿足相關(guān)電能質(zhì)量標準等。裝置的主要功能及精確度見下表。

3.常見電能質(zhì)量分析

3.1電壓偏差

       電壓偏差指電網(wǎng)在電能運輸?shù)倪^程中，某一個測試點實際運行電壓與系統(tǒng)標稱電壓的偏差相對值，其包含過電壓和低電壓。過電壓是指工頻下交流電壓方均根值升高，超過標稱值10%，并且持續(xù)時間大于1min的長時間電壓變動現(xiàn)象。過電壓屬于電力系統(tǒng)中的一種電磁擾動現(xiàn)象。一方面，電力設(shè)備的絕緣長時間耐受著工作電壓，同時還必須能夠承受一定幅度的過壓，這樣才能保證電力系統(tǒng)安全可靠地運行。另一方面，系統(tǒng)運行中要確保設(shè)備在允許的電壓偏差范圍的上限之下運行，以免對電氣設(shè)備的絕緣造成損害。過電壓可能來源于切除一個大負荷或系統(tǒng)無功補償?shù)淖兓?，例如投入一組電容器。系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)或控制能力差可能會導(dǎo)致過電壓。不正確地調(diào)節(jié)變壓器分接頭也會導(dǎo)致系統(tǒng)過電壓。低電壓是指工頻下交流電壓方均根值降低，低于標稱值10%，并且持續(xù)時間大于1min的長時間電壓變動現(xiàn)象。造成低電壓的原因與過電壓相反。投入一個大負載或者切除一組電容器組會引起低電壓，通過系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)裝置可以返回正常電壓水平。輸變電設(shè)備過載也能導(dǎo)致系統(tǒng)過電壓。國標GB/T12325-2008電能質(zhì)量供電電壓偏差對不同電壓等級電壓偏差做出了明確規(guī)定：35kV及以上供電電壓正、負偏差絕對值之和不超過標稱電壓的10%；20kV及一下三相供電電壓偏差為標稱電壓的±7%；220V單相供電電壓偏差為標稱電壓的+7%，-10%。

3.2頻率偏差

       頻率偏差是系統(tǒng)頻率的實際值和標稱值之差。系統(tǒng)有功功率變化是產(chǎn)生頻率偏差的根本原因。穩(wěn)態(tài)電力系統(tǒng)頻率直接關(guān)系到系統(tǒng)的發(fā)電機轉(zhuǎn)速。在任何時刻，頻率取決于(總)負載和即時(總)發(fā)電出力之間的平衡。隨著這種平衡的動態(tài)變化，頻率會發(fā)生微小的變化。這些輕微變化可以通過發(fā)電機的調(diào)速裝置進行自動調(diào)節(jié)，發(fā)電系統(tǒng)一般不會有太大影響。電力系統(tǒng)的頻率變化偏離正常許可范圍，通常是由輸電系統(tǒng)故障時切除大容量負荷或者切除大容量發(fā)電機組引起。孤島系統(tǒng)由于本身供電容量限制只能允許承受相對輕微的頻率變化。國標GB/T15945-2008電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率偏差中規(guī)定：電力系統(tǒng)正常運行條件下頻率偏差限值為±0.2Hz。當系統(tǒng)容量較小時，偏差限值可以放寬到±0.5Hz。

3.3諧波

       諧波在電網(wǎng)引用過程中有著十分重要的作用，不符合要求的諧波在應(yīng)用的過程中會影響變壓器、電纜等的容量，加速電網(wǎng)中設(shè)備的老化速度，在一定情況下甚至?xí)斐呻娋W(wǎng)設(shè)備損毀，影響電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性，浪費電力。電網(wǎng)在實際使用的過程中，相鄰設(shè)備之間產(chǎn)生的諧波會相互干擾，在一定程度上會影響人們的用電質(zhì)量。目前，電網(wǎng)在運行的過程中會產(chǎn)生諧波的設(shè)備有開關(guān)模式電源、電子熒光燈鎮(zhèn)流器、不間斷電源和產(chǎn)生電弧的負荷。

3.4不平衡度

       三相不平衡是指三相系統(tǒng)的相電壓或者電流在幅值上不同或其相位差不是120°。用戶在使用過程中發(fā)生不平衡的原因如：各相負荷分布不均衡；高次諧波電流使各相之間發(fā)生不平衡；接線端子及電纜接觸不良附加的不平衡；外部環(huán)境導(dǎo)致不平衡的發(fā)生(如施工等導(dǎo)致線路斷開)；不換位的長距離架空輸配電線路。

3.5電壓波動與閃變

       電壓波動與閃變是指一系列電壓隨機變動或工頻電壓方均根值的周期性變化，電壓波動與閃變的評估標準是根據(jù) GB/T 12326-2008電能質(zhì)量電壓波動和閃變文件制定的。其在檢測評估的過程中主要是取三相長時閃變在技術(shù)人員所評估的時間段內(nèi)的大值與限值進行對比，如果數(shù)值處于閃變限數(shù)值之內(nèi)，則證明合格，而閃變數(shù)值若是在其限數(shù)值以上，則證明不合格。電壓波動與閃變不合格會造成以下幾方面的危害。第一，電壓波動與閃變會在一定程度上造成照明設(shè)備的閃爍情況，而照明設(shè)備的閃爍則會在一定程度上造成人們的視覺疲勞，進而對人們的工作質(zhì)量與效率產(chǎn)生影響。第二，其也會對電視等設(shè)備產(chǎn)生影響，造成電視屏幕圖像出現(xiàn)亮度變化，影響人們的視覺感官體驗內(nèi)。第三，對于部分的電動機的正常運作產(chǎn)生影響，這種影響若是長時間存在則會在較大程度上損壞設(shè)備的使用壽命。第四，對電子儀器、自動化設(shè)備等的工作情況產(chǎn)生影響，加上近年來我國在發(fā)展的過程中大力發(fā)展自動化，對于工業(yè)生產(chǎn)的影響較大。因此，對于電壓波動與閃變進行管理十分重要。 

3.6電壓暫升、暫降、短時中斷

       電力系統(tǒng)故障、設(shè)備故障、控制失靈均會引起短時中斷。短時中斷是根據(jù)電壓方均根值小于標稱值的10%的持續(xù)時間來衡量的。系統(tǒng)故障持續(xù)時間由保護裝置動作時間或特殊事件過程時間決定，設(shè)備故障的中斷持續(xù)時間是不同的。電壓暫降通常與系統(tǒng)故障有關(guān)，也可以由大容量感應(yīng)電動機啟動或變壓器空載激磁等原因產(chǎn)生。電壓暫升通常也與系統(tǒng)故障情況有關(guān)，但發(fā)生概率遠遠低于電壓暫降。中性點不接地電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時會導(dǎo)致非故障相電壓升高。大容量負荷退出、甩負荷或大容量電容器組投入等事件也會造成電壓暫升。

4.電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)

4.1組網(wǎng)方式

       該系統(tǒng)將APView500電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置通過網(wǎng)線接入網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)可通過有線或無線方式組網(wǎng)，將數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)測平臺，方便對充換電站集中管理。【這里建議改成方便對用戶站集中管理】

4.2諧波分析

       諧波做為國標要求測試項目，用戶可查看監(jiān)測點2~63諧波和0.5~62.5次間諧波的實時頻譜圖，可根據(jù)日期查看各次諧波的歷史曲線。諧波較高將會導(dǎo)致從點系統(tǒng)功率因數(shù)降低，降低電網(wǎng)使用率，增加連接器熱損耗帶來安全隱患。

4.3事件分析

       平臺為用戶提供監(jiān)測點發(fā)生事件總覽，包含141種穩(wěn)態(tài)越線事件、暫態(tài)事件及瞬態(tài)事件記錄。穩(wěn)態(tài)事件136種，暫態(tài)時間3種，瞬態(tài)事件2種。事件信息包括事件的觸發(fā)時間、事件類型、觸發(fā)通道、特征幅值及持續(xù)時間。用戶可根據(jù)需求進行事件查詢及導(dǎo)出。

       對于電壓暫升、暫降及短時中斷事件可為用戶提供ITIC/SEMIF47容忍度曲線分析，用戶也可查看發(fā)生告警的事件波形，波形精度為每周波1024點。

4.4趨勢分析

        用戶可通過平臺可查看監(jiān)測點負荷曲線及電壓電流、電壓偏差、不平衡度、閃變等歷史趨勢曲線。

4.5診斷報告

       系統(tǒng)可根據(jù)監(jiān)測點的電能質(zhì)量情況統(tǒng)計分析生成電能質(zhì)量診斷報告。

5.結(jié)束語

       目前，我國電網(wǎng)電能線上質(zhì)量檢測已有較大的突破，其也為我國電網(wǎng)檢測人員提供豐富的數(shù)據(jù)支持，能夠輔助我國電網(wǎng)監(jiān)測人員更加高效地判斷電網(wǎng)運行過程中存在的不足，提升電網(wǎng)的使用質(zhì)量與效率。然而，電網(wǎng)電能質(zhì)量線上檢測技術(shù)在應(yīng)用中仍存在部分難以解決的問題，需要我國相關(guān)的技術(shù)人員加深對其的研究與觀察，進而對現(xiàn)有的線上檢測技術(shù)進行更加深入的分析與判斷，進一步提升電網(wǎng)電能運送質(zhì)量，從而使我國能夠在更高質(zhì)量的電能支持下實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

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