摘要：电力供应企业为用电客户提供合格的电能产品，对于用电客户设备的使用和节约用电有很大的帮助；用电客户也应随时的关注用电的电能质量，并防止在用电过程由于设备因素产生了较大的谐波，注入电网，影响电网的电能质量。在用电系统装设电能质量在线监测装置，可以实时的监测到电网的电能质量，并能够根据电能质量的状况做出相应的技术处理，从而保证电力系统的安全运行。而对于电能质量监测内容及计算方式上，很多专业的技术人员都了解甚少，本文从监测功能、计算方式和政策标准上，系统的介绍了电能质量监测内容和计算方式，供大家研究参考。
关键词：电能质量；谐波；国家标准；监测
一 引言
电网经营企业和供电企业在电力供应经营活动中，为客户提供供电服务时应达到的质量标准，以满足广大电力客户对供电服务的需求。用电客户所接受的供电服务应是提供者遵循一定的标准和规范，以特定方式和手段，提供合格的电能产品和满意的服务来实现客户现实或者潜在的用电需求的活动过程。理想的电力系统向用户提供的应该是一个恒定工频的正弦波形电压，而随着电力电子技术的发展，直流输电、大功率单相整流技术在工业部门和用电设备上被广泛应用，如大功率可控硅器件、开关电源、变频调速等，这些典型非线性负荷将从电网吸入或注入谐波电流，从而引起电网电压畸变，使电网波形受到污染，供电质量恶化，附加损失增加，传输能力下降，成为影响电能质量的重要因素。我国为加强对谐波的监测，管理及治理，于1994年正式颁布了GB/T14549-93国家标准《电能质量--公用电网谐波》。为了配合国家电力公司《电网电能质量技术监督管理规定》和国家《公用电网谐波标准》的执行，变电站、光伏或风电场、钢铁企业及电气化铁路等各企业一般都在电力系统上装设了电能质量监测仪等产品。这些产品可测量三相电压、三相电流的谐波、序分量、电压变动和闪变、电压偏差、功率因数、有功、无功、频率、暂态电压等参数，谐波可测量63次，仪器实时监测定时记录，记录结果可以存盘并打印，为用户提供丰富、完整的实测记录资料。对于电力系统上装设的电能质量监测仪等产品的监测项目和计算方式上，作者在研究总结国内外电能质量监测装置特点和实践经验基础上，依照国家颁布的相关技术标准，对电能质量监测装置的功能要求和技术指标，以及计算方式，与大家共同研究探讨。
二 电能质量装置功能要求
电能质量即电力系统中电能的质量。理想的电能应该是完美对称的正弦波。一些因素会使波形偏离对称正弦，由此便产生了电能质量问题。如供电系统发电机正常工作中产生的谐波;电网中各变压设备产生的谐波;直流输电产生的谐波;用电系统非线性负载在工业和生活用电中展的比例很大，这是电力系统中产生谐波的主要根源。电能质量也会受到电力系统运行时的内外故障影响，例如，各种自然灾害、人为的非正常操作、各种线路短路、电网出现故障时发电机及励磁系统工作状态的改变等都会对电能的质量造成很大的影响。所以监测电能质量的主要指标可以从电压、频率和波形进行测量监测。为了更好的对数据采集和分析，装置应采用32位及以上的高速DSP负责数据采集，使装置本身具有强大的数据处理能力、逻辑和控制能力，采样率应为25.6KHz，即每周波采样不小于512点。核心器件A/D转换芯片采用16位、同步采样A/D转换器件，这样电能质量监测装置才具有转换精度高，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，装置应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”。电能质量监测装置应具备基本监测功能、高级监测功能及其他功能，这样可以满足不同采集需求。
2.1 装置基本测量
2.1.1 基本测量量：电网频率；电压、电流有效值；总的有功、无功功率、功率因数。
2.1.2基本监测指标：
2.1.2.1三相基波电压、电流有效值，基波功率、功率因数、相位等；
2.1.2.2电压偏差；
2.1.2.3频率偏差；
2.1.2.4三相电压不平衡度、三相电流不平衡度、负序电压、电流；
2.1.2.5谐波（2～63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，各次谐波的有功、无功功率等；
2.2高级监测指标
2.2.1间谐波；
2.2.2 电压波动、闪变；
2.2.3 电压骤升、骤降、短时中断；
2.3装置的其他功能
装置的显示功能，装置面板上应带有大屏幕LCD显示器，以满足图形方式显示主要电能质量监测指标的实时数据；装置可对装置硬件时钟进行设置，对监测参数进行设置、修改和查看，并设有密码保护；可对基本监测指标和高级监测指标实时保存，在装置上最长保存时间应为1年以上，之后按”先进先出”原则更新；装置应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接口通讯；装置应具有GPS硬对时接口，可以接受IRIG-B码对时，以便保持与远方管理中心的时钟一致；装置还应有暂态事件触发录波功能，可根据要求设定事件触发限值，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。
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三 装置的监测内容及装置技术要求
3.1、工作电源：
3.1.1交流：220V±10% ；50Hz±0.5Hz；谐波畸变率不大于15％；
3.1.2直流：220V±10%，纹波系数不大于5%；
3.2 监测指标精度
3.2.1 电压、电流偏差：≤0.2%；
3.2.2 功率、功率因数：0.5%；
3.2.3 频率偏差：≤0.01Hz；
3.2.4三相电压、电流不平衡度误差 ≤0.1％
3.2.5基波电压(电流)相位误差 ≤0.50度
3.2.6 谐波：符合GB/T 14549-1993 中附录D 中的A 级要求；
3.2.7间谐波：参照/T 14549-1993 附录D 中对谐波要求的A 级；
3.2.8短时闪变值误差 ≤5％；
3.3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 200mA～5A或AC 50mA～1A；
功率消耗：不大于0.5VA/路；
过载能力：1.2In 连续工作；
2In 允许1s；
3.4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 0.5V～120V；
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100kΩ；
3.5 通讯接口
3.5.1 以太网(选配)
接口速率：10/100M 自适应；
接口类型：100Base—T；
支持TCP/IP，FTP 协议；
3.5.2RS232C/485 接口；
接口速率：RS232C——300～115200bps，RS485——300～19200bps；
带光电隔离；
3.6过载能力
交流电流回路：2倍额定电流，连续工作；
10倍额定电流 ，允许工作10S；
40倍额定电流，允许工作1S；
交流电压回路：1.2倍额定电压，连续工作；
3.7 允许环境条件
正常工作温度：-10℃～+55℃；
极限工作温度：-20℃～+65℃；
相对湿度:5％～95％；
大气压力：86kPa～106kPa；
海拔：可达3000 米；
防护等级：IP50；
3.8 抗干扰性能
静电放电抗扰度：能承受GB/T 17626.2-1998标准Ⅳ级、试验电压8KV的静电接触放电试验。
射频电磁场辐射抗扰度；能承受GB/T 17626.3-1998标准Ⅲ级、干扰场强10V/M的幅射电磁场干扰试验。
快速瞬变脉冲群抗扰度：能承受GB/T 17626.4-1998标准Ⅲ级的快速瞬变干扰试验。
浪涌(冲击) 抗扰度：能承受GB/T 17626.5-1999标准Ⅲ级、开路试验电压4KV的浪涌干扰试验。
电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度：能承受GB/T 17626.11-1999标准70％UT等级的电压暂降、短时中断干扰试验。
振荡波抗扰度：能承受GB/T 17626.12-1998标准Ⅲ级阻尼振荡波干扰试验，以及电压幅值共模4KV、差模2KV的Ⅲ级振铃波干扰试验。
工频磁场抗扰度：能承受GB/T 17626.8-1998标准Ⅲ级持续工频磁场干扰试验。
3.9绝缘耐压性能
交流输入对地：大于100兆欧；
信号及输出触点对地：大于100兆欧；
开入回路对地：大于100兆欧；
能承受2KV/1min的工频耐压，5KV的冲击电压；
3.10 机械性能
振动：能承受GB/T 7261中16.3规定的严酷等级为I级的振动耐久能力试验;
冲击：能承受GB/T 7261中17.5规定的严酷等级为I级的冲击耐久能力试验;
碰撞：能承受GB/T 7261中第18章规定的严酷等级为I级的碰撞试验;
3.11 执行标准
《GB/T 15945-2008 电能质量 电力系统频率允许偏差》;
《GB 12325-2008 电能质量 供电电压允许偏差》;
《GB/T 15543-2008 电能质量 三相电压允许不平衡度》;
《GB/T 14549-93 电能质量 公用电网谐波》;
《GB 24337-2009 电能质量公用电网间谐波》;
《电能质量测试分析仪检定规程》;
《GB/T 19862-2005电能质量监测设备通用要求》;
四 结束语
随着电力电子技术的发展，直流输电、大功率单相整流技术在工业部门和用电设备上被广泛应用，如大功率可控硅器件、开关电源、变频调速等，这些典型非线性负荷将从电网吸入或注入谐波电流，从而引起电网电压畸变，使电网波形受到污染，供电质量恶化，附加损失增加，传输能力下降，成为影响电能质量的重要因素。在电网中，三相负荷不平衡、电力系统谐振接地等会产生负序，大功率整流和非线性设备等会产生谐波。负序和谐波严重影响了供电质量，它们首先影响了电力设备安全运行。谐波可能引起谐振，谐振高压加在电容器两端，因为高次谐波对电容器阻抗很小，所以电容器易过负荷而击穿；高次谐波电流流入变压器，铁芯损耗增加；高次谐波电流流入电动机，不仅铁芯损耗增加，而且使转子发生振动，严重影响加工质量；高次谐波使保护设备误动作，使系统损失加大；高次谐波使电力系统发生电压谐振，在线路上引起过电压，会击穿设备绝缘。负序和谐波对发电机不仅有热效应，产生局部发热，而且会使发电机组产生振动，并伴有噪音，严重威胁机组的安全稳定运行。所以在电力系统装设电能质量监测装置，对电力系统的电能质量实时监测，并对监测的不合格项目进行及时的技术处理，能更好的维护电力系统及用电客户设备的安全运行。现成运维人员也应该学习了解电能质量监测内容及其计算方法，这样才能更好的针对采集信息中出现电能质量中的各种不合格的因素进行详细的分析研究，并制定相应的技术解决方案，从而保证电力系统和用电设备更好的运行。
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作者信息：赵桂花，女（1979.10--）河北燕山大学本科学历，研究方向为高防护电力设备及其自动化控制。
论文作者:赵桂花
论文发表刊物:《电力设备》2018年第18期
论文发表时间:2018/10/18
标签：电能论文; 谐波论文; 电压论文; 质量论文; 电网论文; 装置论文; 电力系统论文; 《电力设备》2018年第18期论文;