1、在线电能质量监测仪说明书讲解 在线电能质量监测仪说明书一、产品简介1、装置的特点我公司研制的HH-DZFII电能质量装置，采用DSP+ARM9为核心， DSP具有极强的数据处理能力用来完成数据的采集与计算，核心硬件处于国内先进水平。ARM9用来进行数据的统计、显示、存储、按键、通讯和报警跳闸功能。采用WINCE5.0嵌入式实时操作系统作为软件平台，全部软件采用高级语言编程，保证了系统的高可靠性和高移植性。数据采集部分采用6通道、同步采样的16位高速A/D转换器，采集精度高，实测精度达到电能质量监测指标国家标准的要求；大容量的存储空间，满足电能质量监测装置对数据存储的要求，可保存一年以上的历史数
2、据掉电不丢失。采用了硬件锁相环技术，频率自动跟踪，防止了在电力系统频率变化时对监测指标的影响，防止了频率“泄漏”。强大的通讯接口，装置配置了工业以太网，通讯速率高达100Mbps，还配置有RS232C、RS485、USB通讯接口，可选择多种通讯方式与远方管理中心交互数据；核心硬件采用四层印刷电路板（PCB）工艺和SMT工艺，硬件可靠性和电磁兼容能力达到国内先进水平，达到了国标对电能质量监测装置的EMC的要求。在监测功能方面，装置除具有常规的电能质量稳态指标的监测外，还对电能质量的暂态扰动，主要是电压的骤升、骤降进行监测和记录，具有较强的实用性。2、装置的主要功能（1）基本监测指标：电网频率、三
3、相基波电压、电流有效值，基波有功功率、无功功率、功率因数、相位等；电压偏差、频率偏差、三相电压不平衡度、三相电流不平衡度、负序电压、电流；谐波（250次）：包括电压、电流的总谐波畸变率、各次谐波含有率、幅值、相位。（2）高级监测指标：间谐波、电压波动、闪变，电压骤升、骤降、短时中断、暂时过电压、瞬态过电压。（3）显示功能：装置面板上带有大屏幕LCD显示器，实时显示电能质量监测指标的数据。设置功能：可对装置基本参数、越限参数进行设置、修改和查看，并设有密码保护。（4）记录存储功能：装置内置SD卡（容量可选）可对基本监测指标和高级监测指标实时保存，保存时间可设置，实时数据在装置上最长保存时间为一年
4、，之后按“先进先出”原则更新。（5）统计功能：装置具有对主要监测指标的在线统计功能，可统计一个时间段内监测指标的最大值、最小值、平均值、95概率大值等。（6）通讯功能：装置提供多种通讯接口方式，实现监测数据的实时传输或定时提取存储记录，可通过工业以太网接口与远方电能质量管理中心通讯，也可通过RS232C/RS485接口，以GPRS方式（定制）与远方通讯。（7）GPS对时功能：监测装置具备B码对时功能及GPS脉冲对时功能。可保持与远方管理中心的时钟一致。事件触发录波功能：可根据客户要求设定事件触发条件（手动或自动），记录事件触发前、后实时数据并保存，并保存有事件日志以供查询。 3、装置的测量方法
5、（1）数据采集TI公司32位高速DSP负责数据采集，采样率为25.6KHz，即每周波采样512点。核心器件A/D转换芯片采用16位、6通道、同步采样A/D转换器件，具有转换精度高，转换速度快，同步采样等优点。同时，为防止由于频率偏离额定值时造成测量误差，装置采用硬件锁相环技术，频率自动跟踪，实时调整采样间隔，以防止频率“泄漏”。（2）电压偏差电压偏差的定义（GB/T123252008）（3）频率偏差频率偏差的定义（GB/T159452008）（4）电压、电流不平衡度电压、电流不平衡度的定义指三相电力系统中三相不平衡的程度，用电压或电流负序分量与正序分量的方均根值百分比表示。电压或电流不平衡度分
6、别用或 表示。 其中：三相电压的正序分量方均根值；三相电压的负序分量方均根值 三相电压的正序分量方均根值； 三相电压的负序分量方均根值（5）谐波监测：谐波定义：谐波（Harmonic）即对周期性的变化量进行傅里叶级数分解，得到频率为大于1的整数倍基波频率的分量，它是由电网中非线性负荷而产生的。装置对电压、电流采样值进行FFT分解，可以得到各次谐波分量，由于采取了频率自动跟踪补偿，消除了频率“泄漏”，防止了基波频率偏离额定值情况下造成的测量误差。采样窗口等的要求应满足IEC 61000-4-30 :2003的要求，每次采样窗口为不重叠的10个周波，以3秒为一个基本记录周期，测量结果即分析数据为3
7、秒内6组等间隔采样的均方根值（6）间谐波监测：间谐波的定义和产生原因：问谐波是指非整数倍基波频率的谐波，这类谐波可以是离散频谱的或连续频谱的。间谐波的测量：根据国标电能质量监测设备通用要求的规定，装置对间谐波的测量采用标准IEC 61000-4-30(7)规定，即：对工频50Hz系统，采样时间取10个周波（200ms）间谐波的监测取值方法仍依据GB/T 14549-93针对谐波的取值方法进行，即一个基本记录周期为3秒钟；（7）电压波动和闪变：电力系统的电压波动和闪变主要是由具有冲击性功率的负荷引起的, 如变频调速装置、炼钢电弧炉、电气化铁路和轧钢机等。这些非线性、不平衡冲击性负荷在生产过程中有
8、功和无功功率随机或周期性的大幅度变动, 当其波动电流流过供电线路阻抗时产生变动的压降, 导致同一电网上其它用户电压以相同的频率波动。这种电压幅值在一定范围内(通常为额定值的90%110%) 有规律或随机地变化, 称为电压波动。电压波动通常会引起许多电工设备不能正常工作, 如影响电视画面质量、使电动机转速脉动、使电子仪器工作失常、使白炽灯光发生闪烁等等。由于一般用电设备对电压波动的敏感度远低于白炽灯, 为此, 选择人对白炽灯照度波动的主观视感, 即“闪变”, 作为衡量电压波动危害程度的评价指标。电压波动：电压波动()为一系列电压变动或工频电压包络线的周期性变化。电压波动值为电压均方根值的两个相邻
9、的极值之差、常以其额定电压的百分数表示其相对百分值，即： 按国标要求每10分钟保存一个电压波动记录，取10分钟内电压波动的最大值连同该10分钟时间段结束的时刻构成一条完整的电压波动记录；闪变：电压闪变的衡量指标主要短时间闪变严重度和长时间闪变严重度，分别定义为： 式中,分别为瞬时闪变视感度S(t)超过0.1%,1%,3%,10%,50%时间比的值。S(t)：瞬时闪变视感度，闪变强弱的瞬时值随时间变化的一系列值。： 某一瞬时视感度S(t)值在整个检测时间段内所占比 式中:为第k次所测量的值 N :2小时每隔10分钟所测的值的个数。由于闪变涉及较多概念，有必要对这些概念做一简述。 闪变觉察律F()
10、“闪变”作为电压波动引起的人眼对灯闪的主观感受，不仅与电压波动的大小有关，还与波动的频率、波形、灯具的性能和人的视感等因素有关。 为描述闪变对人视觉的影响程度，IEC推荐采用不同波形、频度、幅值的调幅波及工频电压作为载波向工频230V、60W白炽灯供电照明。经观察者抽样(500人)调查，闪变觉察律F()的统计公式为： F=(C+D)/(A+B+C+D)l00 (4-2) 式中：A 没有觉察的人数； B略有觉察的人数； C有明显觉察的人数； D不能忍受的人数. 瞬时视感度st电压波动引起照度波动对人的主观视觉反应称为瞬时闪变视感度st。通常以闪变觉察率为50%，作为瞬时闪变视感度的衡量单位，即定
11、义为st1觉察单位。与st1觉察单位相对应的各频率电压波动值，是研究闪变的实验依据。 视感度系数Kf人脑神经对照度变化需要有最低的记忆时间，高于某一频率的照度波动普通人便觉察不到，闪变是经过灯一眼一脑环节反映人对照度的主观视感，引入视感度系数Kf可以更为本质地描述灯一眼一脑环节的频率特性。IEC推荐的视感度系数是：Kf产生同样视感度的8.8Hz正弦电压波动产生同样视感度的f Hz正弦电压波动 短时间闪变严重度和长时间闪变严重度对于电弧炉等随机变化负荷的电压波动，不仅要检查其最大电压波动，还要在足够长时间观察电压波动的统计特件。（统计时间为10min）是描述短时间闪变的统计值，（统计时间为2h）
12、为描述长时间闪变的统计值。按国标要求，短时闪变的一个记录周期为10分钟，长时闪变为2小时。（8）暂态扰动的监测暂态扰动包括暂态过电压、电压骤降、瞬态过电压以及电压短时中断问题。电压骤降是指工频条件下电压均方根值减小到 10至 90，持续时间为10ms至1 min的短时间电压波动现象。电压暂升 在电力系统某一点的电压突然骤然到1.11.8p.u，持续时间通常在10ms1min。电压短时中段是指供电电压消失一段时间(电压降到0.1p.u.以下)，一般不超过几分钟。短时中断可以认为是100%幅值的电压暂降。暂态过电压是指在给定安装点上持续时间较长的不衰减或弱衰减的（以工频或其一定的倍数、分数）振荡的
13、过电压。瞬态过电压是指持续时间数毫秒或更短，通常带有强阻尼的振荡或非振荡的一种过电压。它可以叠加于暂时过电压上。对上述电能质量暂态扰动，装置可以实现如下功能：实时监测电压瞬时值，在发生扰动时，经过特定的检测算法，判断出扰动，并给出扰动发生的时刻，扰动的幅度，扰动的相位变化，扰动持续时间等信息；判断出扰动后，立即启动波形捕捉功能，即录波功能，波形记录应包括事件触发前、后的波形，录波格式可整定；录波长度可整定，触发前不少于5个周波，触发后不少于5个周波。4、主要技术指标（1） 基波电压误差：0.2% 电压偏差误差：0.2%（2） 基波电流误差：0.5% （3） 频率偏差误差：0.01Hz 频率测量
14、范围：45Hz55Hz（4） 三相不平衡度：电压不平衡度绝对误差0.2%电流不平衡度绝对误差：1电压、电流各序分量：0.5%（5） 电压波动测量误差：5%闪变测量误差： 5%（6） 谐波准确度：A级级别被测量条件最大允许误差相角误差A电压Uh1%UN5%Uh5或h1Uh1%UN0.05%UN电流Ih3IN5%Ih5或h1Ih3IN0.15%IN表中1）Un为标称电压，Uh为谐波电压测量量；In为额定电流，Ih为谐波电流测量量。2）A级仪器频率测量范围为02500Hz，用于较精确的测量，仪器的相角测量误差小于等于5或1h（7） 间谐波：要求同谐波； 5、电气性能及其它技术指标：（1）工作电源 交
15、流：220V10% ；50Hz0.5Hz；谐波畸变率不大于15或直流：220V10%，纹波系数不大于5%（2）电流信号输入 输入方式：电流互感器输入； 额定值In：5A/1A； 测量范围：AC 10mA6A； 功率消耗：不大于0.5VA/路； 过载能力：1.2In 连续工作； 2In 允许1s。（3） 电压信号输入： 输入方式：电压互感器输入； 额定值Un：57.7V/100V； 测量范围：AC 0.5V120V； 功率消耗：不大于0.5VA/路； 过载能力： 1.3Un 连续工作； 1.4 Un 允许1s。 输入阻抗：大于100k。（4）开关量输入：工作电压： AC220V/DC30V； 输
16、入方式：空接点或有源接点； 隔离方式：光电隔离，隔离电压2500V。（5）安全性能： 绝缘强度装置能承受有效值为2500V、频率为50Hz、历时1min 的绝缘强度试验，而无击穿和闪络现象。 绝缘电阻用开路电压为500V 的兆欧表测量装置的绝缘电阻值，正常试验大气条件下各等级的各回缘电阻不小于20M。冲击电压 在正常试验大气条件下，装置的电源输入回路、交流输入回路、输出触点回路对地以及回路之间能承受1.2/50s 的标准雷电波的短时冲击电压试验，开路试验电压6kV。 耐湿热性能 装置应能承受GB/T 2423.9-2001规定的恒定湿热试验。试验温度+402、相对湿度(933)，试验时间为48
17、小时，在试验结束前2小时内，用500V直流兆欧表，测量各外引带电回路部分外露非带电金属部分及外壳之间、以及电气上无联系的各回路之间的绝缘电阻应不小于1.5M；介质耐压强度不低于表1规定的介质强度试验电压幅值的75。 （6）电磁兼容性能 静电放电抗扰度： 通过GB/T 17626.2-1998规定的严酷等级为IV级的静电放电抗扰度试验。 射频电磁场辐射抗扰度： 通过GB/T 17626.3-1998规定的严酷等级为III级的射频电磁场辐射抗扰度试验。 快速瞬变脉冲群抗扰度： 通过GB/T 17626.4-1998规定的严酷等级为IV级的快速瞬变脉冲群抗扰度试验。 脉冲群抗扰度： 通过GB/T 1
18、7626.12-1998规定频率为100kHz和1MHz严酷等级为III级的脉冲群抗扰度试验。 浪涌（冲击）抗扰度 ：通过GB/T 17626.5-1998规定1.2/50us严酷等级为III级的浪涌抗扰度试验。 （7）机械性能： 振动： 装置能承受 GB/T 11287-2000 中3.2.1及3.2.2规定的严酷等级为I级的振动耐久能力试验。 冲击： 装置能承受GB/T145371993中4.2.1及4.2.2规定的严酷等级为I级的冲击响应试验。 碰撞： 装置能承受GB/T14537-93中4.3规定的严酷等级为I级的碰撞试验。 6、使用环境： 正常工作温度：-10+55极限工作温度：-2
19、0+65相对湿度：595大气压力：86kPa106kPa海拔：3000 米防护等级：IP50二、产品的使用HH-DZFII系列装置面板配置有5.7大屏幕的LCD显示器，分辨率达320*240，可以图形方式显示电能质量数据；同时面板上设有四个LED信号灯，可作为电源、运行、通讯和电能质量指标越限时的告警信号指示；面板上还设有六个操作键作为人机操作的接口，通过按键操作，可在LCD上进行查看、修改、设置等操作。1、面板及结构说明： “电源”指示灯：本机供电正常，该指示灯常亮； “工作”指示灯：工作状态指示灯，本机正常工作，该指示灯闪烁； “通讯”指示灯：通讯状态指示灯，通讯时该指示灯闪烁； “报警”
20、指示灯：越限报警时该指示灯亮； “上翻”和“下翻”键：操作此键使光标移动或电压项电流项显示切换； “递增”和“递减”键：在修改参数时操作此键使光标选中项递增或递减或上下翻屏；“返回”键：操作人员通过此键可从任何界面返回到上级菜单或系统主菜单。“确认”键：在系统主菜单选择中可以通过确认键进入子菜单或选择相应的功能，2、投运及操作：（1）将仪器安装到系统中，细检查并确认装置接线无误后，接通电源给本装置上电，装置面板上“电源”指示灯亮，随后HH-DZFII开始启动工作，数秒钟后系统进入操作主菜单。下图所示: 图2 主菜单界面 图3 基本数据界面（2）进入主菜单后，用“上翻”和“下翻”键可选择菜单项，
21、 用“确认”键可进入选择的菜单项。在主菜单界面时，如果10秒内不进行键盘操作，则装置自动进入运行状态，如图3所示。装置在正常运行显示如图所示，基本数据界面参数意义如下：PHA A相 PHB B相 PHC C相 U 电压 I电流 Du电压变动 U电压偏差 Pst短时闪变 Plt长时闪变 P有功功率 Cos功率因数 Q无功功率 Freq频率按“返回”键返回主菜单界面，按“上翻”和“下翻”键可选择“波形数据”、 按“确认”键查看 图4 电压波形数据 图5 谐波数据界面进入波形数据界面后，第一行显示电压、电流，按“递增”和“递减”键键可在电压电流间切换，按“返回”键返回主菜单界面。实线表示A相，长虚线
22、表示B相，短虚线表示C相，以A相电压为参考，A相电压定义为0.0，B相电压和A相电压差120，C 相电压和A相电压差240，电流相角以同相电压相角为参考基准，A相电流相角表示A相电流与A相电压相角相差多少度。（3） 在主菜单界面选择“谐波数据” “谐间波”、按“确认”进入，见下图6、图7：图6谐波数据界面 图7谐间波数据界面每页显示10次谐波、谐间波，用“上翻”和“下翻”键进行翻页，可显示1020次、2130次、3140次、4150次谐波、谐间波数据。THDU为电压谐波总畸变率，THDI为电流谐波总畸变率，HR*为各次谐波。从左向右依次为A相、B相、C相。其中电压各次谐波为百分含量，电流各次谐
23、波为有效值。按“递增”和“递减”键可在电压电流间切换。按“返回”键即可退出至主菜单界面。通道选择：在“电压”“电流”选项按“递增”或“递减”切换至1位置按“上翻”或“下翻”键进行通道切换选择，设备最大可配置4路电压12路电流或8路电压8路电流。图6中 “06 OK”表示当前通道的数据，在不进行操作的情况下自动循环刷新显示。（4）在主菜单界面选择“向量图”“暂态信息”按“确认”键可以查看，如下图7、图8所示： 图7 向量图界面 图8 历史数据界面 装置可以矢量图的方式显示三相电压、电流的幅值和相位，基波和各次谐波电压、电流的幅值、相位及正、负、零序分量的幅值和相位等。暂态信息查看步骤如下： 按“
24、确认”键进入暂态信息查看的项目选择。 用“上翻”和“下翻”键选择要设置的依次为年、月、日、小时，用“递增”和“递减”键来改变各项目设置。设置时间完成按用“上翻”和“下翻”键选择“查看数据”，按“确定”键即可显示出所选时间内的历史数据。用“上翻”和“下翻”键选择要查看数据的时刻点，按“确定”键即可显示该时刻点的数据。用“递增”和“递减”键可以改变查看的项目。按“返回”键即可退出至主菜单界面。（5）在主菜单选择“基本参数”按“确认”进入“基本参数”设置界面，见下图10、图11： 图10 通讯参数设置界面 图11 计算参数设置界面： 用“递增”和“递减”键选择“通讯”菜单，按“确认”键进入“通讯”菜
25、单。 用“上翻”和“下翻”键选择要设置的项目，用“递增”和“递减”键来改变各项目设置。通讯参数设置内容如下：仪器号：仪器编号设置，用“递增”和“递减”键改变设置。默认为“01”。通道数：测量通道设置，用“递增”和“递减”键改变设置，最大设置为“12”。默认为“01”。485速率：RS485通讯速率，有“9600”、“19200”、“38400”、“57600”四个选项选择。默认为“9600”。电压板数：设备配备的电压板数量，每块电压板设置4路电压输入，共可配置2块电压板，八路电压输入。本地端口：仪器自身通讯工作端口。默认为“1200”。远方端口：与仪器通讯的服务工作端口。默认为“3002”。远
26、方IP：与仪器通讯的服务IP地址。默认为“192.168.1.1”。本地IP：仪器自身通讯IP地址。默认为“192.168.1.178”。子网掩码：仪器自身通讯子网掩码。默认为“255.255.255.0”。默认网关：仪器自身通讯网关。默认为“192.168.1.222”。注：其中工作端口不建议用户自行修改，可以在厂家技术人员指导下修改。设置完成按“确认”键即可保存设置，并退回至“通讯”、“计算”的选择菜单。按“返回”按退出至“通讯”、“计算”的选择菜单，但不保存设置。再按“返回”键退出至主菜单界面。用“递增”和“递减”键选择“计算”菜单，按“确认”键进入“计算”菜单。用“上翻”和“下翻”键选
27、择要设置的项目，用“递增”和“递减”键来改变各项目设置。计算参数设置内容如下：电压变比：一次电压比二次电压的值，设置电压变比测量值显示为一次值。默认“0001”即测量电压显示为二次值。电流变比：一次电流比二次电流的值，设置电压变比测量值显示为一次值。默认“0001”，即测量电流显示为二次值。额定电压：二次测量额定电压，有“57.7”、“100”两选项。默认为“57.7”。接线方式：有“三相四线”、“三相三线”两个选项。默认为“三相四线”。优化平均：是否采用6次采用样平均测量方式，有“Y”、“N”两个选项。默认为“N”，即为一次采样测量方式。是否告警：对外继电器接点是否根据越限参数的设置对外输出
28、，有“Y”、“N”两个选项。默认为“N”，即当有越限时越限指示灯亮，而对外继电器接点不输出。关联电压：指电流回路关联的电压通道，可根据现场情况配置。设置完成按“确认”键即可保存设置，并退回至“通讯”、“计算”的选择菜单。按“返回”按退出至“通讯”、“计算”的选择菜单，但不保存设置。再按“返回”键退出至主菜单界面。（6）在主菜单选择“基本参数”按“确认”进入，用“递增”和“递减”键进行选择通讯计算的参数设置，见下图图12 越限参数设置界面 按“确认”键进入“越限参数”设置项目。用“上翻”和“下翻”键选择要设置的项目，用“递增”和“递减”键来改变各项目设置。 设置完成按“确认”键即可保存设置，按“
29、返回”键退出“越限参数”设置项目，但不保存设置。再按“返回”键退出至主菜单界面。通讯参数设置内容如下：项目意义范围（报警、跳闸）默认值FreqL频率下限40.0050.000.00FreqH频率上限50.0060.000.00UL（%）电压偏差下限0.0010.000.00UH（%）电压偏差上限0.0010.000.00COS功率因数0.001.000.00dU(%)电压变动0.0020.000.00pst短时间闪变0.0010.000.00plt长时间闪变0.0010.000.00U2/U1（%）三相电压不平衡度0.0099.990.00U0零序电压0.0099.990.00U1正序电压0.0099.990.00U2负序电压0.0099.990.00I2/I1（%）三相电流不平衡度0.0099.990.00I0零序电流0.0099.990.00I1正序电流0.0099.990.00I2负序电流0.0099.990.00THDu（%）谐波电压总畸变率0.0010.000.00THRD-E（%）偶次谐波电压含有率0.0010.000.00THRU-0（%）奇次谐波电压含有量0.0010.000.00HRI02（A）2次谐波电流含量0.0050.000.00HRI03（A）3次谐波电流含量0.0050.000.0
