電能質量監測和監測儀器講座--電能質量監測
介紹電能質量的基本概念,國家標準的有關規定,監測電能的方式和監測儀器的類型與主要功能。
關鍵詞:電能質量;國家標準;儀器;監測系統
文中所述的電能質量主要指通過公用電網供給用戶端的交流電能的質量。
電能質量問題通常定義為:導致用電設備故障或不能正常工作的電壓、電流或頻率偏差,其內容涉及頻率偏差、電壓偏差、電磁暫態、供電可靠性、波形失真、三相不平衡以及電壓波動和閃變等。一個理想的電力系統應以恒定的頻率(50Hz)和正弦波形,按規定的電壓水平向用戶供電。在三相交流電力系統中,各相的電壓和電流應處于幅值大小相等、相位互差120°的對稱狀態。不過,這種理想狀態在實際生活中并不存在,而且,它還有與一般產品質量不同的特點:①電能質量不完全取決于電力生產企業,有的質量偏差(例如諧波,電壓波動和閃變,三相電壓不平衡度)往往是由用戶干擾造成的;②對于不同的供(或用)電點在不同的供(或用)電時刻,電能質量指標往往是不同的。
隨著科學技術的發展,用戶電力電子設備、非線性負荷和沖擊性負荷不斷增加,加劇了電網電能質量問題。對電力系統,電能質量污染使系統的線損增加,變壓器壽命降低,繼電保護裝置誤動作,計量儀表誤差增加;對電力用戶,電能質量污染使用戶電機產生附加損耗、發熱和振動,降低了電機的最大轉矩和過載能力,使無功補償裝置投不上,補償電容器的使用壽命降低或熔絲經常熔斷,甚至它對居民的日常生活質量也有多種不好影響;此外,電能質量污染還使精密制造設備的使用年限減少,生產的產品的廢品率增加,干擾通信的信號等。因此,對電能質量問題必須給予充分重視。
電能質量問題通常定義為:導致用電設備故障或不能正常工作的電壓、電流或頻率偏差,其內容涉及頻率偏差、電壓偏差、電磁暫態、供電可靠性、波形失真、三相不平衡以及電壓波動和閃變等。一個理想的電力系統應以恒定的頻率(50Hz)和正弦波形,按規定的電壓水平向用戶供電。在三相交流電力系統中,各相的電壓和電流應處于幅值大小相等、相位互差120°的對稱狀態。不過,這種理想狀態在實際生活中并不存在,而且,它還有與一般產品質量不同的特點:①電能質量不完全取決于電力生產企業,有的質量偏差(例如諧波,電壓波動和閃變,三相電壓不平衡度)往往是由用戶干擾造成的;②對于不同的供(或用)電點在不同的供(或用)電時刻,電能質量指標往往是不同的。
隨著科學技術的發展,用戶電力電子設備、非線性負荷和沖擊性負荷不斷增加,加劇了電網電能質量問題。對電力系統,電能質量污染使系統的線損增加,變壓器壽命降低,繼電保護裝置誤動作,計量儀表誤差增加;對電力用戶,電能質量污染使用戶電機產生附加損耗、發熱和振動,降低了電機的最大轉矩和過載能力,使無功補償裝置投不上,補償電容器的使用壽命降低或熔絲經常熔斷,甚至它對居民的日常生活質量也有多種不好影響;此外,電能質量污染還使精密制造設備的使用年限減少,生產的產品的廢品率增加,干擾通信的信號等。因此,對電能質量問題必須給予充分重視。
為了保護供用電雙方的利益,為了有效地監測和管理電能質量,國家質量技術監督局從1990~2001年制定并頒布了6個電能質量標準。允許的質量偏差限值見表1。這些標準還規定了測量電能質量偏差的方法和對測量儀器的基本要求。


3.1監測方式
電能質量監測主要有定期巡檢、專項檢測或抽檢、在線監測等三種方式。
定期巡檢主要用于需要掌握電能質量又不需要連續檢測或不具備連續在線監測條件的場合。如,檢測居民、商業區及小工廠供電系統配電點的電能質量。根據重要程度一般一個月或一季度檢測一次。
專項檢測主要用于負荷容量變化大或有干擾源設備接入電網,或反映電能質量出現異常,需要對比前后變化情況的場合,以確定電網電能質量指標的背景狀況和負荷變動與干擾發生的實際參量,或驗證技術措施效果等。專項檢測工作在完成預定任務后即可撤消。
在線監測主要用于監測重要變電站或實施無人值班變電站的公共配電點或重要電力用戶的配電點的電能質量。在線監測的功能包括:數據顯示、數據存儲、數據遠傳及對監測項目的越限報警或發控制指令。通過計算機網絡將監測的實時數據、歷史變化曲線、指標越限報警信號等進行就地顯示和實現遠方監控。
3.2監測儀器
按照不同測試和分析方式,電能質量監測儀器可分成表2所示的幾種類型。
隨著電力的發展和用電要求的提高,僅靠傳統的基于有效值理論的監測技術已不能精確地描述實際的電能質量問題,因此,需要開發各種與時俱進的新儀器。
它們應能捕捉瞬時(毫秒級甚至納秒級)干擾波形,應能采用多種判據來啟動量測裝置;應能同時測量電壓、電流,以便獲得潮流信息;具有足夠高的采樣速率,以便能測得相當高的高次諧波的幅值、相位及相關信息;具有有效的分析系統,以便能反映各種電能質量指標的特征及其隨時間的變化規律。此外,新型監測儀器還應考慮充分利用網絡資源來實現對電能質量的全面監測。
電能質量監測主要有定期巡檢、專項檢測或抽檢、在線監測等三種方式。
定期巡檢主要用于需要掌握電能質量又不需要連續檢測或不具備連續在線監測條件的場合。如,檢測居民、商業區及小工廠供電系統配電點的電能質量。根據重要程度一般一個月或一季度檢測一次。
專項檢測主要用于負荷容量變化大或有干擾源設備接入電網,或反映電能質量出現異常,需要對比前后變化情況的場合,以確定電網電能質量指標的背景狀況和負荷變動與干擾發生的實際參量,或驗證技術措施效果等。專項檢測工作在完成預定任務后即可撤消。
在線監測主要用于監測重要變電站或實施無人值班變電站的公共配電點或重要電力用戶的配電點的電能質量。在線監測的功能包括:數據顯示、數據存儲、數據遠傳及對監測項目的越限報警或發控制指令。通過計算機網絡將監測的實時數據、歷史變化曲線、指標越限報警信號等進行就地顯示和實現遠方監控。
3.2監測儀器
按照不同測試和分析方式,電能質量監測儀器可分成表2所示的幾種類型。
隨著電力的發展和用電要求的提高,僅靠傳統的基于有效值理論的監測技術已不能精確地描述實際的電能質量問題,因此,需要開發各種與時俱進的新儀器。
它們應能捕捉瞬時(毫秒級甚至納秒級)干擾波形,應能采用多種判據來啟動量測裝置;應能同時測量電壓、電流,以便獲得潮流信息;具有足夠高的采樣速率,以便能測得相當高的高次諧波的幅值、相位及相關信息;具有有效的分析系統,以便能反映各種電能質量指標的特征及其隨時間的變化規律。此外,新型監測儀器還應考慮充分利用網絡資源來實現對電能質量的全面監測。

福祿克電氣和電能質量測試產品一覽表見表3。

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