電能質(zhì)量監(jiān)測裝置及系統(tǒng)

劉細(xì)鳳

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定 201801

摘要：自電能產(chǎn)生后，其在一定程度上提升了社會的發(fā)展速度，也給社會的發(fā)展提供了新方向。電能作為一種商品，質(zhì)量就是衡量它價值的尺度，不同的用戶對電能質(zhì)量的要求也是不同的。目前，我國在發(fā)展的過程中利用在線檢測技術(shù)對電網(wǎng)運(yùn)作情況進(jìn)行監(jiān)督，并根據(jù)監(jiān)督的結(jié)果對電壓偏差等方面的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集。而技術(shù)人員能夠根據(jù)所收集的數(shù)據(jù)，判斷電網(wǎng)在實際使用過程中存在在的問題，提升電網(wǎng)的運(yùn)作水平，為人們提供更加優(yōu)質(zhì)的電能。 

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

       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(jìn)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(jìn)行分析，判斷電網(wǎng)電能的實際應(yīng)用情況，找出運(yùn)作不正常的設(shè)備并進(jìn)行更換與維修，以保證電網(wǎng)電能質(zhì)量。電網(wǎng)電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)的檢測指標(biāo)是技術(shù)人員判斷電能質(zhì)量以及電網(wǎng)運(yùn)作質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)，而技術(shù)人員也能夠通過對這些指標(biāo)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(jìn)行電網(wǎng)電能質(zhì)量檢測的過程中所應(yīng)用的指標(biāo)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(jìn)行分析處理，實現(xiàn)對電能質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測的裝置。符合GB/T17626.30-2012中準(zhǔn)確度測量方法，適用于要求精確測量電能質(zhì)量指標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)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(yùn)輸?shù)倪^程中，某一個測試點(diǎn)實際運(yùn)行電壓與系統(tǒng)標(biāo)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(biāo)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)可靠地運(yùn)行。另一方面，系統(tǒng)運(yùn)行中要確保設(shè)備在允許的電壓偏差范圍的上限之下運(yùn)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(fù)荷或系統(tǒng)無功補(bǔ)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(biāo)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(fù)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(biāo)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(fù)偏差絕對值之和不超過標(biāo)稱電壓的10%；20kV及一下三相供電電壓偏差為標(biāo)稱電壓的±7%；220V單相供電電壓偏差為標(biāo)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(biāo)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(jī)轉(zhuǎn)速。在任何時刻，頻率取決于(總)負(fù)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(jī)的調(diào)速裝置進(jìn)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(fù)荷或者切除大容量發(fā)電機(jī)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(biāo)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(yùn)行條件下頻率偏差限值為±0.2Hz。當(dāng)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(yùn)行的穩(wěn)定性，浪費(fèi)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(yùn)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(fù)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(fù)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)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)的最大值與極限值進(jìn)行對比，如果數(shù)值處于閃變極限數(shù)值之內(nèi)，則證明合格，而閃變數(shù)值若是在其極限數(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(jìn)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(jī)的正常運(yùn)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(jìn)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(biāo)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(hù)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(jī)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(yuǎn)遠(yuǎn)低于電壓暫降。中性點(diǎn)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(fù)荷退出、甩負(fù)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?！具@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(biāo)要求測試項目，用戶可查看監(jiān)測點(diǎn)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(diǎn)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隱患。

4.3事件分析

       平臺為用戶提供監(jiān)測點(diǎn)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(jìn)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(diǎn)。

4.4趨勢分析

        用戶可通過平臺可查看監(jiān)測點(diǎn)負(fù)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(diǎn)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(yùn)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(jìn)而對現(xiàn)有的線上檢測技術(shù)進(jìn)行更加深入的分析與判斷，進(jìn)一步提升電網(wǎng)電能運(yùn)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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作者簡介：

劉細(xì)鳳，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向電能質(zhì)量在線監(jiān)測。