電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置及系統(tǒng)

安科瑞 陳聰

摘要：自電能產(chǎn)生后，其在一定程度上提升了社會(huì)的發(fā)展速度，也給社會(huì)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(jià)值的尺度，不同的用戶(hù)對(duì)電能質(zhì)量的要求也是不同的。目前，我國(guó)在發(fā)展的過(guò)程中利用在線檢測(cè)技術(shù)對(duì)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(duì)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(shí)際使用過(guò)程中存在在的問(wèn)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(cè)裝置；電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；

1. 前言

現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展離不開(kāi)電能的支持，而電能的穩(wěn)定性質(zhì)量將會(huì)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(duì)于人們的生產(chǎn)生活十分重要。電網(wǎng)電能在線檢測(cè)系統(tǒng)在應(yīng)用的過(guò)程中可以對(duì)電網(wǎng)電能實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督以及數(shù)據(jù)記錄，而技術(shù)人員能夠通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷電網(wǎng)電能的實(shí)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(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)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(guò)對(duì)這些指標(biāo)的分析，判斷電網(wǎng)電能質(zhì)量是否滿(mǎn)足我國(guó)對(duì)于電網(wǎng)電能質(zhì)量的實(shí)際要求。目前，我國(guó)在進(jìn)行電網(wǎng)電能質(zhì)量檢測(cè)的過(guò)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(dòng)、閃變、三相電壓不平衡等。

2. 電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置

APView500電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置是通過(guò)對(duì)引入的電壓、電流信號(hào)進(jìn)行分析處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)電能質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的裝置。符合GB/T17626.30-2012中準(zhǔn)確度測(cè)量方法，適用于要求精確測(cè)量電能質(zhì)量指標(biāo)參數(shù)的場(chǎng)合，例如供電合同約定的解決電能質(zhì)量糾紛、或驗(yàn)證是否滿(mǎn)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(jiàn)下表。

3.常見(jiàn)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^(guò)程中，某一個(gè)測(cè)試點(diǎn)實(shí)際運(yùn)行電壓與系統(tǒng)標(biāo)稱(chēng)電壓的偏差相對(duì)值，其包含過(guò)電壓和低電壓。過(guò)電壓是指工頻下交流電壓方均根值升高，超過(guò)標(biāo)稱(chēng)值10%，并且持續(xù)時(shí)間大于1min的長(zhǎng)時(shí)間電壓變動(dòng)現(xiàn)象。過(guò)電壓屬于電力系統(tǒng)中的一種電磁擾動(dòng)現(xiàn)象。一方面，電力設(shè)備的絕緣長(zhǎng)時(shí)間耐受著工作電壓，同時(shí)還必須能夠承受一定幅度的過(guò)壓，這樣才能保證電力系統(tǒng)安全可靠地運(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(duì)電氣設(shè)備的絕緣造成損害。過(guò)電壓可能來(lái)源于切除一個(gè)大負(fù)荷或系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖兓缤度胍唤M電容器。系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)或控制能力差可能會(huì)導(dǎo)致過(guò)電壓。不正確地調(diào)節(jié)變壓器分接頭也會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)過(guò)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(chēng)值10%，并且持續(xù)時(shí)間大于1min的長(zhǎng)時(shí)間電壓變動(dòng)現(xiàn)象。造成低電壓的原因與過(guò)電壓相反。投入一個(gè)大負(fù)載或者切除一組電容器組會(huì)引起低電壓，通過(guò)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(guò)載也能導(dǎo)致系統(tǒng)過(guò)電壓。國(guó)標(biāo)GB/T12325-2008電能質(zhì)量供電電壓偏差對(duì)不同電壓等級(jí)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(duì)值之和不超過(guò)標(biāo)稱(chēng)電壓的10%；20kV及一下三相供電電壓偏差為標(biāo)稱(chēng)電壓的±7%；220V單相供電電壓偏差為標(biāo)稱(chēng)電壓的+7%，-10%。

3.2頻率偏差

頻率偏差是系統(tǒng)頻率的實(shí)際值和標(biāo)稱(chēng)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(shí)刻，頻率取決于(總)負(fù)載和即時(shí)(總)發(fā)電出力之間的平衡。隨著這種平衡的動(dòng)態(tài)變化，頻率會(huì)發(fā)生微小的變化。這些輕微變化可以通過(guò)發(fā)電機(jī)的調(diào)速裝置進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，發(fā)電系統(tǒng)一般不會(huì)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(shí)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(duì)輕微的頻率變化。國(guó)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(shí)，偏差限值可以放寬到±0.5Hz。

3.3諧波

諧波在電網(wǎng)引用過(guò)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(guò)程中會(huì)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(shí)際使用的過(guò)程中，相鄰設(shè)備之間產(chǎn)生的諧波會(huì)相互干擾，在一定程度上會(huì)影響人們的用電質(zhì)量。目前，電網(wǎng)在運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生諧波的設(shè)備有開(kāi)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(hù)在使用過(guò)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(kāi))；不換位的長(zhǎng)距離架空輸配電線路。

3.5電壓波動(dòng)與閃變

電壓波動(dòng)與閃變是指一系列電壓隨機(jī)變動(dòng)或工頻電壓方均根值的周期性變化，電壓波動(dòng)與閃變的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù) GB/T 12326-2008電能質(zhì)量電壓波動(dòng)和閃變文件制定的。其在檢測(cè)評(píng)估的過(guò)程中主要是取三相長(zhǎng)時(shí)閃變?cè)诩夹g(shù)人員所評(píng)估的時(shí)間段內(nèi)的最大值與極限值進(jìn)行對(duì)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(dòng)與閃變不合格會(huì)造成以下幾方面的危害。第一，電壓波動(dòng)與閃變會(huì)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(huì)在一定程度上造成人們的視覺(jué)疲勞，進(jìn)而對(duì)人們的工作質(zhì)量與效率產(chǎn)生影響。第二，其也會(huì)對(duì)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(jué)感官體驗(yàn)內(nèi)。第三，對(duì)于部分的電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)作產(chǎn)生影響，這種影響若是長(zhǎng)時(shí)間存在則會(huì)在較大程度上損壞設(shè)備的使用壽命。第四，對(duì)電子儀器、自動(dòng)化設(shè)備等的工作情況產(chǎn)生影響，加上近年來(lái)我國(guó)在發(fā)展的過(guò)程中大力發(fā)展自動(dòng)化，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)的影響較大。因此，對(duì)于電壓波動(dòng)與閃變進(jìn)行管理十分重要。

3.6電壓暫升、暫降、短時(shí)中斷

電力系統(tǒng)故障、設(shè)備故障、控制失靈均會(huì)引起短時(shí)中斷。短時(shí)中斷是根據(jù)電壓方均根值小于標(biāo)稱(chēng)值的10%的持續(xù)時(shí)間來(lái)衡量的。系統(tǒng)故障持續(xù)時(shí)間由保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間或特殊事件過(guò)程時(shí)間決定，設(shè)備故障的中斷持續(xù)時(shí)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(dòng)機(jī)啟動(dòng)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(shí)會(huì)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(huì)造成電壓暫升。

4.電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)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(cè)裝置通過(guò)網(wǎng)線接入網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)可通過(guò)有線或無(wú)線方式組網(wǎng)，將數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)測(cè)平臺(tái)，方便對(duì)充換電站集中管理?！具@里建議改成方便對(duì)用戶(hù)站集中管理】

4.2諧波分析

諧波做為國(guó)標(biāo)要求測(cè)試項(xiàng)目，用戶(hù)可查看監(jiān)測(cè)點(diǎn)2~63諧波和0.5~62.5次間諧波的實(shí)時(shí)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(huì)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(lái)安全隱患。

4.3事件分析

平臺(tái)為用戶(hù)提供監(jiān)測(cè)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(shí)間3種，瞬態(tài)事件2種。事件信息包括事件的觸發(fā)時(shí)間、事件類(lèi)型、觸發(fā)通道、特征幅值及持續(xù)時(shí)間。用戶(hù)可根據(jù)需求進(jìn)行事件查詢(xún)及導(dǎo)出。

   對(duì)于電壓暫升、暫降及短時(shí)中斷事件可為用戶(hù)提供ITIC/SEMIF47容忍度曲線分析，用戶(hù)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(shì)分析

      用戶(hù)可通過(guò)平臺(tái)可查看監(jiān)測(cè)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(shì)曲線。

4.5診斷報(bào)告

系統(tǒng)可根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電能質(zhì)量情況統(tǒng)計(jì)分析生成電能質(zhì)量診斷報(bào)告。

5.結(jié)束語(yǔ)

目前，我國(guó)電網(wǎng)電能線上質(zhì)量檢測(cè)已有較大的突破，其也為我國(guó)電網(wǎng)檢測(cè)人員提供豐富的數(shù)據(jù)支持，能夠輔助我國(guó)電網(wǎng)監(jiān)測(cè)人員更加高效地判斷電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)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(cè)技術(shù)在應(yīng)用中仍存在部分難以解決的問(wèn)題，需要我國(guó)相關(guān)的技術(shù)人員加深對(duì)其的研究與觀察，進(jìn)而對(duì)現(xiàn)有的線上檢測(cè)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(guó)能夠在更高質(zhì)量的電能支持下實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

[1]孫仕武. 集中型充電站電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與評(píng)估系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].電子科技大學(xué)

[2]于曉翠,劉雅婷.電網(wǎng)電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用[J].信息與電腦(理論版),2020,32(14):25-26.

[3]查鵬程,甘雅麗,高海祐,劉飛,查曉明.電動(dòng)汽車(chē)充電站接入配電網(wǎng)的電能質(zhì)量評(píng)估[J].電測(cè)與儀表,2022,59(06):69-75.DOI:10.19753

[4]杜進(jìn)橋,辛皓天.面向電動(dòng)汽車(chē)充電站的電能質(zhì)量檢測(cè)與評(píng)估[J].電器與能效管理技術(shù),2019(23):82-88.DOI:10.16628

[5]潘愛(ài)強(qiáng).基于大規(guī)模監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的城市電網(wǎng)電能質(zhì)量新現(xiàn)象[J].供用電,2014(02):40-43.DOI:10.19421

[6]曾慶輝,劉曉華,麥洪.電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用[J].電氣應(yīng)用,2012,31(06):26-30.