三相諧波監(jiān)測裝置
三相諧波監(jiān)測裝置第1章 概 述
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，直流輸電、大功率單相整流技術(shù)在工業(yè)部門和用電設(shè)備上被廣泛應(yīng)用，如大功率可控硅器件、開關(guān)電源、變頻調(diào)速等，這些典型非線性負荷將從電網(wǎng)吸入或注入諧波電流，從而引起電網(wǎng)電壓畸變，使電網(wǎng)波形受到污染，供電質(zhì)量惡化，附加損失增加，傳輸能力下降。在電網(wǎng)中，三相負荷不平衡、電力系統(tǒng)諧振接地等會產(chǎn)生負序，大功率整流和非線性設(shè)備等會產(chǎn)生諧波。電能質(zhì)量下降，嚴重威脅供電、用電設(shè)備的可靠運行。
電能質(zhì)量監(jiān)測裝置是我公司針對電能質(zhì)量監(jiān)測難題，研究總結(jié)國內(nèi)外電能質(zhì)量監(jiān)測特點和實踐經(jīng)驗基礎(chǔ)上，嚴格按照國家頒布的相關(guān)技術(shù)標準，自主設(shè)計開發(fā)的新一代嵌入式電能質(zhì)量在線監(jiān)測終端。采用*工控板+DSP+FPGA處理器，是具有高速采樣、計算、分析、統(tǒng)計、通訊和顯示等功能相結(jié)合的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置。
該裝置可全天候不間斷監(jiān)測電網(wǎng)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(shù)、相移功率因數(shù)、有效值、正負序、暫態(tài)事件等電能質(zhì)量數(shù)據(jù)。
對電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，可反映公用電網(wǎng)供到用戶受電端的交流電能質(zhì)量，各種用電設(shè)備在不同運行狀態(tài)下對公用電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響。對電力設(shè)備調(diào)整及運行過程動態(tài)監(jiān)視，幫助用戶解決電力設(shè)備調(diào)整及投運過程中出現(xiàn)的問題。監(jiān)測分析電力系統(tǒng)中動態(tài)參數(shù)，并對相關(guān)設(shè)備的功能和技術(shù)指標作出定量評價，保護系統(tǒng)中重要設(shè)備的用電可靠，避免因電能質(zhì)量問題帶來引起的重大事故。
三相諧波監(jiān)測裝置第2章 裝置功能特點
LYDN9000B電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置除具有常規(guī)的電能質(zhì)量穩(wěn)態(tài)指標的監(jiān)測外，還對電能質(zhì)量的暫態(tài)擾動，主要是電壓的驟升、驟降進行監(jiān)測和記錄。并且具有完善的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析功能，方便用戶及時準確的了解線路電能運行狀況。
2.1 裝置監(jiān)測項目
基本測量 | 電網(wǎng)頻率；電壓、電流有效值；總的有功、無功功率、功率因數(shù) |
基本監(jiān)測指標 | a) 三相基波電壓、電流有效值，基波功率、功率因數(shù)、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（2～100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； f) 電壓波動、閃變； |
監(jiān)測指標 | a) 間諧波； b) 電壓驟升、驟降、短時中斷； |
2.2電能質(zhì)量統(tǒng)計分析功能
分鐘統(tǒng)計功能
裝置具有對電能質(zhì)量數(shù)據(jù)的分鐘統(tǒng)計功能，可按設(shè)定時間（1分鐘~10分鐘）統(tǒng)計電能質(zhì)量數(shù)據(jù)的大值、小值、平均值、95%概率大值等。
日報表統(tǒng)計功能
在電能質(zhì)量分鐘統(tǒng)計基礎(chǔ)上，進行日報表統(tǒng)計分析功能，統(tǒng)計電能質(zhì)量數(shù)據(jù)的大值、小值、平均值、95%概率大值等。
2.3事件記錄功能
暫態(tài)事件記錄
當發(fā)生暫態(tài)事件，裝置能夠準確地記錄該事件，包括事件類型、事件發(fā)生時刻、發(fā)生相別、特征幅值、暫態(tài)發(fā)生持續(xù)時間等。
穩(wěn)態(tài)事件記錄
裝置具有對電能質(zhì)量穩(wěn)態(tài)指標越限的判斷，并能夠根據(jù)配置文件靈活配置要記錄的穩(wěn)態(tài)指標越限事件，事件內(nèi)容包括事件類型、事件發(fā)生時刻、特征幅值。
2.4錄波功能
暫態(tài)觸發(fā)錄波
暫態(tài)事件自動觸發(fā)錄波，可同時記錄事件發(fā)生前后10周波和事件結(jié)束前后10周波波形數(shù)據(jù)。
2.5數(shù)據(jù)存儲功能
電能質(zhì)量數(shù)據(jù)存儲
可按設(shè)定間隔保存分鐘電能質(zhì)量統(tǒng)計數(shù)據(jù)，保存間隔按3~60分鐘可配置。32G電子盤，保存時間長度根據(jù)設(shè)定保存間隔及監(jiān)測路數(shù)自由伸縮。數(shù)據(jù)存儲按“先進先出"原則，循環(huán)覆蓋。數(shù)據(jù)停電不丟失，保存時間不小于10年。
數(shù)據(jù)拷貝
支持USB拷貝數(shù)據(jù)文件，且能夠自動新建相應(yīng)文件夾。
2.6通訊功能
支持RS485、USB、以太網(wǎng)接口，并且支持雙網(wǎng)口通訊方案；
通過IEC61850協(xié)議與主站系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)（需定制）；
根據(jù)主站要求上傳實時電能質(zhì)量分析數(shù)據(jù)，在固定時間段內(nèi)的電能質(zhì)量分析數(shù)據(jù)；
2.7對時功能
具備GPS硬對時接口，可以接受IRIG-B碼對時。
2.8界面顯示功能
實時數(shù)據(jù)
可實時查看對應(yīng)監(jiān)測點的電壓電流有效值、諧波、間諧波、閃變、功率、不平衡度等電能質(zhì)量數(shù)據(jù)。
實時波形
實時顯示對應(yīng)監(jiān)測點的矢量圖以及實時波形圖。
事件記錄
可查看對應(yīng)監(jiān)測點暫態(tài)事件記錄和穩(wěn)態(tài)事件記錄。錄波文件以Comtrade文件存儲。
參數(shù)管理
主要包括定值設(shè)置、變比設(shè)置。該部分主要用于裝置對應(yīng)監(jiān)測點的電壓等級、PT、CT以及越限限值的界面配置。
歷史數(shù)據(jù)
主要包括日報表數(shù)據(jù)、日合格率數(shù)據(jù)等歷史數(shù)據(jù)的查看。
系統(tǒng)設(shè)置
主要包括通訊設(shè)置、統(tǒng)計間隔設(shè)置、時間設(shè)置、PQDIF配置、密碼設(shè)置、文件管理以及運行工況查詢。該部分可進行對裝置的維護操作，如裝置通訊IP地址的設(shè)定、PQDIF文件生成機制的設(shè)置以及版本信息的查看等。
三相諧波監(jiān)測裝置第三章 主要技術(shù)指標
項目 | 參數(shù) | ||
通道數(shù)量 | 單路/兩路 | ||
主機類型 | 工控機 | ||
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(shù)不大于5% | ||
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(xù)工作 2In 允許1s | ||
電壓信號輸入 | 輸入方式 | 電壓互感器輸入 | |
額定值Un | 220V/380V | ||
測量范圍 | AC 0.5V～450V | ||
功率消耗 | 不大于0.5VA/路 | ||
過載能力 | 1.73Un 連續(xù)工作 2Un 允許1s | ||
輸入阻抗 | 大于100kΩ | ||
開關(guān)量輸出 | 工作電壓 | AC220V 3A/DC30V 3A； | |
輸出方式 | 無源接點 | ||
監(jiān)測指標精度 | 電壓 | 0.2% | |
電流 | 0.2% | ||
功率 | 0.5% | ||
功率因數(shù) | 0.5% | ||
頻率偏差 | 0.01Hz | ||
電壓偏差 | 0.2% | ||
三相電壓不平衡 | 0.2% | ||
三相電流不平衡 | 0.2% | ||
諧波 | 符合GB/T 14549-1993 中附錄D 中的1 級要求 | ||
間諧波 | 參照/T 14549-1993 附錄D 中對諧波要求的1級 | ||
閃變 | 5％ | ||
電壓波動 | 5％ | ||
通訊接口 | 以太網(wǎng) | 接口速率 | 10/100M 自適應(yīng) |
接口類型 | 100Base—T | ||
協(xié)議 | 支持TCP/IP，FTP | ||
RS 485 接口 | 接口速率 | 300～115200bps 帶光電隔離 | |
對時接口(選配) | 裝置接口 | IRIG-B碼對時 | |
存儲 | CF卡 | 標配32G，可擴展 | |
工作環(huán)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 | 3000 米以下 | ||
三相諧波監(jiān)測裝置第四章 系統(tǒng)應(yīng)用方案
整個網(wǎng)絡(luò)分為采集單元、變電站監(jiān)測層和上級監(jiān)測層三個部分。采集單元為監(jiān)測終端，通過以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳送至當?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)。用戶可通過上級監(jiān)測層和當?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)進行管理。
三相諧波監(jiān)測裝置第五章 機械結(jié)構(gòu)及電氣安裝
5.1 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(guān)柜上。
5.2 模擬量輸入回路
裝置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(dǎo)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(dǎo)線連接至屏、柜的電壓輸入端子處。
5.3 通訊網(wǎng)絡(luò)的連接
裝置適用于電力系統(tǒng)各電壓等級變電站和工礦企業(yè)變電站，由網(wǎng)線連接構(gòu)成通訊網(wǎng)絡(luò)。本裝置提供兩個獨立的、互為備用的以太網(wǎng)接口，通過專用的屏蔽網(wǎng)絡(luò)連接線按照國際通用的EIA/TIA 568B 標準接入網(wǎng)絡(luò)交換機后組網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)拓撲圖請參見上節(jié)。以太網(wǎng)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。
第六章 人機界面
本裝置配置TFT彩色液晶屏，界面顯示具有中英文選擇功能，顯示界面*圖形化設(shè)計風格。界面操作類似Windows 的操作方法，簡單易用。此外，在人機對話操作中，為防止誤操作影響裝置的正常運行，本裝置在一些功能中設(shè)置了密碼，密碼在出廠時默認設(shè)置為空，即直接按確認鍵即可。
6.1開機界面
本設(shè)備在上電后大約10~15秒后點亮屏幕，并顯示此開機啟動界面。等待機器完成啟動自檢和初始化工作。自檢和系統(tǒng)初始化全部完成大約需要30~40秒鐘。此過程結(jié)束后切換至數(shù)據(jù)顯示界面。
6.2按鍵的基本功能
“﹢"——用于向后切換通道；
“﹣"——用于向前切換通道；
“↑"——方向鍵，用于向上移動光標；
“↓"——方向鍵，用于向下移動光標；
“→"——方向鍵，用于向右移動光標；
“←"——方向鍵，用于向左移動光標；
“取消"——用于放棄當前操作，或退出正在顯示的內(nèi)容；
“確認"——用于確認各項操作；
6.3主菜單
6.4操作指南
注：裝置修改密碼為“8888"。
6.4.1查看實時數(shù)據(jù)
在主菜單中可以通過“↑"，“↓"鍵分別查看各項電能質(zhì)量指標數(shù)據(jù)，并且可以通過“確認"鍵進入二級菜單查看各類子項數(shù)據(jù)。同時“確認"鍵也可進入某些子項顯示界面，可通過方向鍵進行翻屏或選擇查看內(nèi)容。
6.4.2查看實時圖形
在“實時波形"界面可查看電壓和電流的實時波形；在“基波向量"下可查看電壓電流矢量圖；在“波動閃變"界面可查看電壓有效值的實時波形；在“歷史統(tǒng)計"中可查看暫態(tài)事件波形。
6.4.3查看和設(shè)置變比
在“系統(tǒng)配置"—“電能參數(shù)"界面可進行線路PT變比，CT變比設(shè)置，還可以進行暫態(tài)事件和穩(wěn)態(tài)事件定值設(shè)置。
注：1. 當設(shè)置完以上定值后，必須按“保存參數(shù)"定值才生效。
2. 裝置出廠時，默認定值為“0"(即退出越限報警)，為確保裝置能夠正常提示越限告警及記錄事件，請不要隨便修改定值。如需了解或修改定值，請翻閱本手冊附表列出的定值說明。
6.4.4設(shè)置時間
1. 手動設(shè)置時間
在“系統(tǒng)配置"—“系統(tǒng)參數(shù)"—“終端校時"—“手動設(shè)置時間"對話框中手動輸入相應(yīng)時間，輸入完畢按“確認"鍵，新設(shè)置時間生效。
2. 網(wǎng)絡(luò)校時
在“系統(tǒng)配置"—“系統(tǒng)參數(shù)"—“終端校時"—“網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器同步校時"對話框中輸入服務(wù)器IP地址和端口號，輸入完畢按“確認"鍵，裝置自動同步服務(wù)器時間（上位機需裝對時軟件）。
3. B碼校時
在“系統(tǒng)配置"—“系統(tǒng)參數(shù)"—“終端校時"—“B碼校時"中可開啟B碼校時功能，裝置后端子需接入相應(yīng)的B碼信號，裝置自動同步B碼時鐘。（GPS對時為選配功能）
6.4.5設(shè)置通訊參數(shù)
1. 串口參數(shù)設(shè)置
在“系統(tǒng)配置"—“系統(tǒng)參數(shù)"—“網(wǎng)絡(luò)設(shè)置"—“COMx波特率"中輸入相應(yīng)波特率，按“更新COMx"即可生效。
注：出廠默認COM1用作RS485通訊口（默認modbus規(guī)約，地址為1，“協(xié)議設(shè)置"中查看及修改）；COM2用作B碼對時口。
2. 網(wǎng)口參數(shù)設(shè)置
在“系統(tǒng)配置"—“系統(tǒng)參數(shù)"—“網(wǎng)絡(luò)設(shè)置"—“網(wǎng)口x MAC地址/IP地址/子網(wǎng)掩碼"中輸入相應(yīng)值，按“更新MAC/網(wǎng)口x"即可生效。
注：MAC地址：硬件地址（Medium Access Control）用來定義網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的位置，它是由網(wǎng)卡決定的，是固定的。
IP地址：互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議地址（Internet Protocol Address），是IP協(xié)議提供的一種統(tǒng)一的地址格式，它為互聯(lián)網(wǎng)上的每一個網(wǎng)絡(luò)和每一臺主機分配一個邏輯地址，以此來屏蔽物理地址的差異。
子網(wǎng)掩碼：網(wǎng)絡(luò)掩碼（subnet mask） 它是一種用來指明一個IP地址的哪些位標識的是主機所在的子網(wǎng)，以及哪些位標識的是主機的位掩碼。子網(wǎng)掩碼不能單獨存在，它必須結(jié)合IP地址一起使用。子網(wǎng)掩碼只有一個作用，就是將某個IP地址劃分成網(wǎng)絡(luò)地址和主機地址兩部分。是一個32位地址，用于屏蔽IP地址的一部分以區(qū)別網(wǎng)絡(luò)標識和主機標識，并說明該IP地址是在局域網(wǎng)上，還是在遠程網(wǎng)上。
3. FTP上傳參數(shù)設(shè)置
在“系統(tǒng)配置"—“系統(tǒng)參數(shù)"—“網(wǎng)絡(luò)設(shè)置"—“FTP xxxx"中輸入相應(yīng)值，按“更新FTP"即可生效。
4. 網(wǎng)關(guān)IP參數(shù)設(shè)置
在“系統(tǒng)配置"—“系統(tǒng)參數(shù)"—“網(wǎng)絡(luò)設(shè)置"—“默認網(wǎng)關(guān)IP地址"中輸入相應(yīng)值，按“更新網(wǎng)關(guān)"即可生效。
6.4.6 選擇線路設(shè)置
本裝置的A-A0，B-B0，C-C0三相作為1個測量通道，并標示為CHxx（見上圖），由于采用*通道同步技術(shù)，所以各個測量通道可以根據(jù)需要配置為測量線路的電壓或電流通道。
例如：
需要測量線路1的電壓U和電流I；線路2的電壓U和電流I。裝置可配置為：
“Line_1"用CH01測量線路1的電壓U；
用CH02測量線路1的電流I；
“Line_2"用CH03測量線路2的電壓U；
用CH04測量線路2的電流I；
需要測量1段母線電壓U，出線的電流I1、電流I2和電流I3。
裝置可配置為
用CH01測量I段母線電壓U；
“Line_1"用CH02測量I段母線出線電流I1；
“Line_2"用CH03測量I段母線出線電流I2；
“Line_3"用CH04測量I段母線出線電流I3；
注：出廠時已根據(jù)用戶要求配置，相應(yīng)線路電壓電流標簽會貼在CHxx下方，配線之前請進行確認，用戶無須更改。
6.4.7 軟件升級操作
首先把升級軟件拷貝到U盤根目錄下，將U盤插入USB接口，進入“系統(tǒng)配置"—“系統(tǒng)參數(shù)"—“系統(tǒng)信息"界面，按“升級軟件"根據(jù)提示等待裝置自動完成升級操作。
6.4.8 裝置校準
出廠調(diào)試人員已對裝置進行校準操作，用戶無須操作。
6.4.9 文件上傳或?qū)С?/span>
文件根據(jù)FTP設(shè)置自動上傳文件，也可手動上傳文件或?qū)С鑫募?/span>
進入“系統(tǒng)配置"—“文件管理"界面，，選擇文件，按“上傳到FTP服務(wù)器"或“拷貝到USB設(shè)備"相應(yīng)文件會上傳或?qū)С觥?/span>
6.4.10 打印數(shù)據(jù)
進入“系統(tǒng)配置"—“打印數(shù)據(jù)"界面，可進行相應(yīng)打印操作。
附表：裝置定值清單
序號 | 名 稱 | 取值范圍 | 單位 |
1 | 運行電壓（kV） | 0.01---500.00 | kV |
2 | 額定電壓（kV） | 0.22---500.00 | kV |
3 | PT變比 | 1.00---5000.00 | -- |
4 | CT變比 | 1.00---5000.00 | -- |
5 | 電壓上偏差越限值 | 1.00---100.00 | % |
6 | 電壓下偏差越限值 | 1.00---100.00 | % |
7 | 電壓偏差總越限值 | 1.00---100.00 | % |
8 | 電壓總畸變率越限值 | 0.01---100.00 | % |
9 | 電流總畸變率越限值 | 0.01---100.00 | % |
10 | 奇次電壓含有率越限值 | 0.01---100.00 | % |
11 | 偶次電壓含有率越限值 | 0.01---100.00 | % |
12 | 奇次電流含有率越限值 | 0.01---100.00 | % |
13 | 偶次電流含有率越限值 | 0.01---100.00 | % |
14 | 2次電流越限值（一次） | 0.01---200.00 | A |
15 | 3次電流越限值（一次） | 0.01---200.00 | A |
16 | 4次電流越限值（一次） | 0.01---200.00 | A |
17 | 5次電流越限值（一次） | 0.01---200.00 | A |
18 | 6次電流越限值（一次） | 0.01---200.00 | A |
19 | 7次電流越限值（一次） | 0.01---200.00 | A |
20 | 8次電流越限值（一次） | 0.01---200.00 | A |
21 | 9次電流越限值（一次） | 0.01---200.00 | A |
22 | 10次電流越限值（一次） | 0.01---200.00 | A |
23 | 11次電流越限值（一次） | 0.01---200.00 | A |
24 | 12次電流越限值（一次） | 0.01---200.00 | A |
25 | 短時閃變越限值 | 0.50---100.0 | -- |
26 | 長時閃變越限值 | 0.50---100.0 | -- |
27 | 電壓驟降啟動定值 | 0---200.0 | % |
28 | 電壓驟升啟動定值 | 100.0---200.0 | % |
29 | 電壓中斷啟動定值 | 0---200.0 | % |
30 | 低頻啟動定值 | 40.0---100.00 | Hz |
31 | 過頻啟動定值 | 50.0---100.00 | Hz |
32 | 電壓不平衡啟動定值 | 0.02---100.0 | % |
33 | 電流不平衡啟動定值 | 0.02---100.0 | % |
34 | 沖擊電流啟動定值 | 0.5---100.00 | A |
