電能質量監測裝置及系統

任運業

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定 201801

摘要：自電能產生后，其在一定程度上提升了社會的發展速度，也給社會的發展提供了新方向。電能作為一種商品，質量就是衡量它價值的尺度，不同的用戶對電能質量的要求也是不同的。目前，我國在發展的過程中利用在線檢測技術對電網運作情況進行監督，并根據監督的結果對電壓偏差等方面的數據信息進行收集。而技術人員能夠根據所收集的數據，判斷電網在實際使用過程中存在在的問題，提升電網的運作水平，為人們提供更加優質的電能。 

關鍵詞：電網電能質量；電能質量在線監測裝置；電能質量在線監測系統；

1.前言

       現代社會的發展離不開電能的支持，而電能的穩定性質量將會在很大程度上影響人們的生活與工作，更高質量的電能對于人們的生產生活十分重要。電網電能在線檢測系統在應用的過程中可以對電網電能實際應用情況進行實時監督以及數據記錄，而技術人員能夠通過對數據進行分析，判斷電網電能的實際應用情況，找出運作不正常的設備并進行更換與維修，以保證電網電能質量。電網電能質量檢測系統的檢測指標是技術人員判斷電能質量以及電網運作質量的重要標準，而技術人員也能夠通過對這些指標的分析，判斷電網電能質量是否滿足我國對于電網電能質量的實際要求。目前，我國在進行電網電能質量檢測的過程中所應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.電能質量在線監測裝置

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

3.常見電能質量分析

3.1電壓偏差

       電壓偏差指電網在電能運輸的過程中，某一個測試點實際運行電壓與系統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%，并且持續時間大于1min的長時間電壓變動現象。過電壓屬于電力系統中的一種電磁擾動現象。一方面，電力設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安全可靠地運行。另一方面，系統運行中要確保設備在允許的電壓偏差范圍的上限之下運行，以免對電氣設備的絕緣造成損害。過電壓可能來源于切除一個大負荷或系統無功補償的變化，例如投入一組電容器。系統電壓調節或控制能力差可能會導致過電壓。不正確地調節變壓器分接頭也會導致系統過電壓。低電壓是指工頻下交流電壓方均根值降低，低于標稱值10%，并且持續時間大于1min的長時間電壓變動現象。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，通過系統電壓調節裝置可以返回正常電壓水平。輸變電設備過載也能導致系統過電壓。國標GB/T12325-2008電能質量供電電壓偏差對不同電壓等級電壓偏差做出了明確規定：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

       頻率偏差是系統頻率的實際值和標稱值之差。系統有功功率變化是產生頻率偏差的根本原因。穩態電力系統頻率直接關系到系統的發電機轉速。在任何時刻，頻率取決于(總)負載和即時(總)發電出力之間的平衡。隨著這種平衡的動態變化，頻率會發生微小的變化。這些輕微變化可以通過發電機的調速裝置進行自動調節，發電系統一般不會有太大影響。電力系統的頻率變化偏離正常許可范圍，通常是由輸電系統故障時切除大容量負荷或者切除大容量發電機組引起。孤島系統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電能質量電力系統頻率偏差中規定：電力系統正常運行條件下頻率偏差限值為±0.2Hz。當系統容量較小時，偏差限值可以放寬到±0.5Hz。

3.3諧波

       諧波在電網引用過程中有著十分重要的作用，不符合要求的諧波在應用的過程中會影響變壓器、電纜等的容量，加速電網中設備的老化速度，在一定情況下甚至會造成電網設備損毀，影響電網運行的穩定性，浪費電力。電網在實際使用的過程中，相鄰設備之間產生的諧波會相互干擾，在一定程度上會影響人們的用電質量。目前，電網在運行的過程中會產生諧波的設備有開關模式電源、電子熒光燈鎮流器、不間斷電源和產生電弧的負荷。

3.4不平衡度

       三相不平衡是指三相系統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生不平衡；接線端子及電纜接觸不良附加的不平衡；外部環境導致不平衡的發生(如施工等導致線路斷開)；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 GB/T 12326-2008電能質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人員所評估的時間段內的最大值與極限值進行對比，如果數值處于閃變極限數值之內，則證明合格，而閃變數值若是在其極限數值以上，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備的閃爍情況，而照明設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量與效率產生影響。第二，其也會對電視等設備產生影響，造成電視屏幕圖像出現亮度變化，影響人們的視覺感官體驗內。第三，對于部分的電動機的正常運作產生影響，這種影響若是長時間存在則會在較大程度上損壞設備的使用壽命。第四，對電子儀器、自動化設備等的工作情況產生影響，加上近年來我國在發展的過程中大力發展自動化，對于工業生產的影響較大。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

       電力系統故障、設備故障、控制失靈均會引起短時中斷。短時中斷是根據電壓方均根值小于標稱值的10%的持續時間來衡量的。系統故障持續時間由保護裝置動作時間或特殊事件過程時間決定，設備故障的中斷持續時間是不同的。電壓暫降通常與系統故障有關，也可以由大容量感應電動機啟動或變壓器空載激磁等原因產生。電壓暫升通常也與系統故障情況有關，但發生概率遠遠低于電壓暫降。中性點不接地電力系統發生單相接地故障時會導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.電能質量監測系統

4.1組網方式

       該系統將APView500電能質量在線監測裝置通過網線接入網關，網關可通過有線或無線方式組網，將數據上傳至監測平臺，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，用戶可查看監測點2~63諧波和0.5~62.5次間諧波的實時頻譜圖，可根據日期查看各次諧波的歷史曲線。諧波較高將會導致從點系統功率因數降低，降低電網使用率，增加連接器熱損耗帶來安全隱患。

4.3事件分析

       平臺為用戶提供監測點發生事件總覽，包含141種穩態越線事件、暫態事件及瞬態事件記錄。穩態事件136種，暫態時間3種，瞬態事件2種。事件信息包括事件的觸發時間、事件類型、觸發通道、特征幅值及持續時間。用戶可根據需求進行事件查詢及導出。

       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

       系統可根據監測點的電能質量情況統計分析生成電能質量診斷報告。

5.結束語

       目前，我國電網電能線上質量檢測已有較大的突破，其也為我國電網檢測人員提供豐富的數據支持，能夠輔助我國電網監測人員更加高效地判斷電網運行過程中存在的不足，提升電網的使用質量與效率。然而，電網電能質量線上檢測技術在應用中仍存在部分難以解決的問題，需要我國相關的技術人員加深對其的研究與觀察，進而對現有的線上檢測技術進行更加深入的分析與判斷，進一步提升電網電能運送質量，從而使我國能夠在更高質量的電能支持下實現可持續發展。

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作者簡介：

任運業，男，現任職于安科瑞電氣股份有限公司。