电能质量监测装置

目 录

一、概述 ........................................................................................................................................................... 2 1.1产品主要特点 ......................................................................................................................................... 3 1.2主要功能配置 ......................................................................................................................................... 3 二、技术参数 ................................................................................................................................................... 4 2.1 额定参数 ................................................................................................................................................ 4 2.2各类测量精度 ......................................................................................................................................... 5 2.3绝缘性能 ................................................................................................................................................. 5 2.4电磁兼容性能 ......................................................................................................................................... 6 2.5机械性能 ................................................................................................................................................. 7 2.6环境条件 ................................................................................................................................................. 7 三、装置功能说明 ........................................................................................................................................... 8 3.1数据采集 ................................................................................................................................................. 8 3.2电压偏差 ................................................................................................................................................. 8 3.3频率偏差 ................................................................................................................................................. 9 3.4电压、电流不平衡度 ............................................................................................................................. 9 3.5谐波监测 ................................................................................................................................................. 9 电压 ............................................................................................................................................................. 10 3.6电压波动和闪变 ................................................................................................................................... 10 3.7暂态扰动的监测 ................................................................................................................................... 12 四、整定值清单及说明 ................................................................................................................................. 13 附1.装置背板端子图 ..................................................................................................................................... 14 附2.装置开孔尺寸图 ..................................................................................................................................... 15

SKEQ801数字式电能质量监测装置

一、概述

随着电力工业的迅速发展，在电力消费领域，一方面，随着电力电子技术的广泛应

用与发展，供电系统中增加了大量的非线性负载，如静止变流器，工业交直流变换装置等，会引起电网电流、电压波形发生畸变，造成电网的谐波“污染”。冲击性、波动性负荷，如电弧炉、大型轧钢机、电力机车等，运行中不仅会产生大量的高次谐波，而且使得电压波动、闪变、三相不平衡日趋严重。这些对电网的不利影响不仅会导致供用电设备本身的安全性降低，而且会严重干扰电网的经济运行，造成电网的“公害”， 另一方面，机场、银行、精密电子元器件制造业、计算机网络和服务监控中心等是电力质量要求高的场所，高精密的技术和装备对高质量电能的需求日益增加。为此，国家技术监督局相继颁布了涉及电能质量六个方面的国家标准：

 电能质量 公用电网谐波

GB/T14549-1993； GB12326-2000； GB/T15543-1995； GB/T12325-2003； GB/T15945-1995； GB/T18481-2001

 电能质量 电压波动和闪变

 电能质量 三相电压允许不平衡度  电能质量 供电电压允许偏差

 电能质量 电力系统频率允许偏差  暂时过电压和瞬态过电压

电力工业部关于颁发《电网电能质量技术监督管理规定》的通知中写到：“电网供电

电能质量是电力工业产品的重要指标，涉及发、供、用各方面投资者、经营者的权益，优良的电能质量对保证电网和广大用户的电气设备和各种用电器具的安全经济运行、保障国民经济各行各业的正常生产和产品质量以及提高人民生活质量具有重要意义。同时，电能质量有些指标受某些用电负荷干扰影响较大。全面保障电能质量是电力企业和用户共同的责任和义务。国家在电力法中已作了相应的要求，因此，各级电网经营企业都要重视不断提高电能质量，结合本网实际，认真贯彻执行该规定。”

SKEQ801数字式电能质量监测装置，主要用于监测、分析、评估监测点的电能质量，

主要包括电能质量实时监测、电能质量事件告警、录波、数据统计、评估分析5个主要功能。实时监测分析的主要指标为：基本电气参量，电压偏差，谐波电压、谐波电流、间谐波、频率偏差、三相电压不平衡度、电压波动与闪变等，所有实时监测的参量和电能质量指标均可

长时间存储检索。针对电能质量越限、电压暂升和电压暂降、装置提供事件告警和录波分析功能。

SKEQ801数字式电能质量监测装置适用于用户侧电能质量或者发电侧电能质量的监

测，满足风电场电能质量监测、配电网电能质量监测、输电电压中枢电能质量监测等多种监测需要。

1.1产品主要特点

☆ 装置采最新一代高性能32位浮点DSP，使产品的稳定性和运算速度得到充分保证

☆ 采集模块采用16位的A/D转换器，各项测量计算指标轻松达到要求 ☆ 配置大容量的存储模块，具有掉电保持功能

☆ 高精度的时钟芯片，并配置有GPS硬件对时电路，便于全系统时钟同步 ☆ 配备高速双以太网络通信接口

☆ 精心的电气设计，整机无可调节器件，实现了免调试概念设计 ☆ 高等级、高品质保证的元器件选用 ☆ 完善的自诊断功能

☆ 防潮、防尘、抗振动的机箱设计

1.2主要功能配置

1）基本测量量：频率、电压/电流有效值、总的有功/无功功率、功率因数等。 2）基本监测指标：

 三相基波电压、电流有效值，基波功率、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（2～25次）：包括电压、电流的总谐波畸变率、各次谐波含有率、幅值；  各次谐波的有功、无功功率等； 3）高级监测指标：

 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；

二、技术参数

2.1 额定参数

2.1.1工作电源

额定值：DC220V/AC220V/DC110V（订货时需注明）； 允许偏差：-20％～＋15％； 功率消耗： 不大于12W；

2.1.2交流电流输入

输入方式：电流互感器输入； 额定值In：5A/1A； 测量范围：0～2In；

功率消耗：不大于0.5VA/路； 过载能力：2In 连续工作；

40In 允许1s。

2.1.3交流电压输入

输入方式：电压互感器输入； 额定值Un：57.7V/100V； 测量范围：0～1.2Un； 功率消耗：不大于0.5VA/路； 过载能力：2Un 连续工作；

2.4 Un

允许1s。

2.1.4开关量输入

工作电压：DC110V/DC220V/AC220V/DC24V；

输入方式：空接点或有源接点；

隔离方式：光电隔离，隔离电压2500V。

2.2各类测量精度

 电压、电流：0.2%；  功率、功率因数：0.5%；  频率偏差：0.005Hz；  电压偏差：0.2%；  三相电压不平衡：0.2%；  三相电流不平衡：0.5%；

 谐波：符合GB/T 14549-1993中附录D中的A级要求；  闪变：5％；  电压波动：5％。 2.3绝缘性能 2.3.1绝缘电阻

装置的带电部分和非带电部分及外壳之间以及电气上无联系的各电路之间用开路电压500V的兆欧表测量其绝缘电阻值，正常试验大气条件下，各等级的各回路绝缘电阻不小于100MΩ。 2.3.2介质强度

在正常试验大气条件下，装置能承受频率为50Hz，电压2000V历时1分钟的工频耐压试验而无击穿闪络及元件损坏现象。试验过程中，任一被试回路施加电压时其余回路等电位互联接地。 2.3.3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1.2/50µs的标准雷电波的短时冲击电压试验，开路试验电压5kV。 2.3.4耐湿热性能

装置能承受GB7261第21章规定的湿热试验。最高试验温度+40℃、最大湿度95％，试验时间为48小时，每一周期历时24小时的交变湿热试验，在试验结束前2小时内根据2.3.1的要求，测量各导电电路对外露非带电金属部分及外壳之间、电气上不联系的各回路之间的

绝缘电阻不小于1.5MΩ，介质耐压强度不低于2.3.2规定的介质强度试验电压幅值的75％。 2.4电磁兼容性能 2.4.1静电放电抗干扰度

通过GB/T 17626.2－1998标准、静电放电抗干扰4级试验。 2.4.2射频电磁场辐射抗干扰度

通过GB/T 17626.3－1998标准、射频电磁场辐射抗干扰度3级试验。

2.4.3电快速瞬变脉冲群抗扰度

通过GB/T 17626.4－1998标准、电快速瞬变脉冲群抗扰度4级试验。

2.4.4浪涌（冲击）抗扰度

通过GB/T 17626.5－1999标准、浪涌（冲击）抗扰度3级试验。

2.4.5射频场感应的传导骚扰度

通过GB/T 17626.6－1998标准、射频场感应的传导骚扰度3级试验

2.4.6工频磁场抗扰度

通过GB/T 17626.8－1998标准、工频磁场抗扰度5级试验 2.4.7脉冲磁场抗扰度

通过GB/T 17626.9－1998标准、脉冲磁场抗扰度5级试验。

2.4.8阻尼振荡磁场抗扰度

通过GB/T 17626.10－1998标准、阻尼振荡磁场抗扰度5级试验。

2.4.9振荡波抗扰度

通过GB/T 17626.12－1998标准、振荡波抗扰度4级试验。

2.5机械性能 2.5.1振动

装置能承受GB7261中16.3规定的严酷等级为I级的振动耐久能力试验。 2.5.2冲击

装置能承受GB7261中17.5规定的严酷等级为I级的冲击耐久能力试验。 2.5.3碰撞

装置能承受GB7261第18章规定的严酷等级为I级的冲击耐久能力试验。 2.6环境条件 2.6.1环境温度：

工作：-10℃～55℃。

贮存：25℃～+85℃,在极限值下不施加激励量,装置不出现不可逆的变化,温度恢复

后,装置能正常工作。

a) 相对湿度：

最湿月的月平均最大相对湿度为90%,同时该月的月平均最低温度为25 ℃且表面无凝露。最高温度为+40℃时,平均最大相对湿度不超过50%。

b) 大气压力：

86～106kPa（相对海拔高度2km以下）

三、装置功能说明

3.1数据采集

SKEQ801数字式电能质量监测装置配置不同数量的模拟量采集回路，综合实际功能需要

和数据处理能力，采样率为5KHz，即每周波采样100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，装置设有频率自动跟踪回路，实时调整采样间隔，以防止频率“泄漏”。 3.2电压偏差

电压偏差的定义（GB/T12325-2003）

实测电压－系统标称电压电压偏差（％）＝100(%)系统标称电压

功能：装置实时计算三相相电压和线电压，基本记录周期为3s，取3s的瞬时值进行有效值计算，其时间标签为该3秒钟结束的时刻。记录保存的时间间隔，可设置为3秒钟的整数倍，记录取最大值。

装置可统计在一定时间间隔内的电压合格率、电压越限率、电压偏差最大值、最小值、

平均值、95％概率大值。

装置可设置电压偏差门槛值，实时检测电压偏差是否越限，在发生电压偏差越限时，会

自动生成相关事件日志并记录有关事件数据。

指标：电压测量误差：±0.2％；

电压偏差误差：±0.2%。

3.3频率偏差

频率偏差的定义（GB/T15945-1995）

F＝F（实测）－F（额定）

功能：具有记录、统计、事件记录等功能。 指标：频率测量误差：±0.01Hz。 3.4电压、电流不平衡度

电压、电流不平衡度：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别用

U或I 表示。

UIU2I2100(%)100(%)I1U1

其中：U1——三相电压的正序分量方均根值；U2——三相电压的负序分量方均根值

I1—— 三相电压的正序分量方均根值； I2——三相电压的负序分量方均根值

功能：装置根据计算的三相电压、三相电流，通过软件合成正序、负序电压和电流，从而计算电压、电流的不平衡度。

指标：电压不平衡度误差：±0.2%；

电流不平衡度误差：±0.5%。

3.5谐波监测

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。

功能: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。实时计算量包括：电压、电流的总谐波畸变率、按照国标A级要求的2～25次谐波含有率、幅值、相位；各次谐波的有功、无功功率等。同时具有谐波越限告警功能。

装置谐波测量达到国标A级标准，如下表 被测量 电压 条件 允许误差 5.0%Uh0 0.05%UN 5.0%Ih0 0.15%IN 谐波测量允许误差

3.6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(V)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的极值之差、常以其额定电压

备注 Uh01%UN Uh01%UN Ih03%IN Uh0：h次谐波电压标准值UN：额定电压 Ih0：h次谐波电流标准值 IN：额定电流 电流 Ih03%IN UN的百分数表示其相对百分值，即

V(UmaxUmin)/UN*100%

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；

电压闪变的衡量指标主要短时间闪变严重度

Pst和长时间闪变严重度Plt，

分别定义为：

Pst0.0314P0.10.0525P10.0657P30.28P100.08P50式中比的

P0.1,P1,P3,P10,P50分别为瞬时闪变视感度S(t)超过0.1%,1%,3%,10%,50%时间

Pk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。

Pk： 某一瞬时视感度S(t)值在整个检测时间段内所占比

3Plt 式中

1N3Pst,kNk1 Pst,k:为第k次所测量的

Pst值 N :2小时每隔10分钟所测的Pst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。 ① 闪变觉察律F(％)

“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％ 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 ② 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，即定义为st＝1觉察单位。与st＝1觉察单位相对应的各频率电压波动值V％，是研究闪变的实验依据。

③ 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 ④ 短时间闪变严重度

Pst和长时间闪变严重度Plt

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。

Pst（统计时间为10min）是描述短时间闪变的统计值，

Plt（统计时间为2h）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。 一般，电压波动和闪变不需要实时连续监测，可根据需要进行启动或停止。 指标： 电压波动测量误差： ±5%；

闪变测量误差：

3.7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接近于0时，持续时间为0.5周波至1分钟的短时间电压波动现象。

电压短时中断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。

其中，暂态过电压和瞬态过电压的监测和限值要求在GB／T18481-2001标准中已有规定，而电压骤降和电压短时中断的监测和衡量指标尚未有相应国标规定，而大量的文献和实际生产过程中证明，电压骤降和电压短时中断是对用户影响最大的电能质量事件，因此非常有必要对电压骤降和短时中断进行监测。

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，记录下扰动前一段时间至扰动结束后一段时间内的电压波形。

±5%；

四、整定值清单及说明

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 定值名称 控制字 额定相电压值 电压偏差越限值 频率偏差越限值 电压不平衡越限值 电流不平衡越限值 电压谐波畸变限值 奇次电压含有限值 偶次电压含有限值 电流谐波畸变限值 奇次电流含有限值 偶次电流含有限值 暂态过电压定值 电压暂降定值 电压中断定值 短时闪变越限值 长时闪变越限值 范围 0000～FFFF 10.00～100.0 5.000～100.0 0.020～50.00 0.020～100.0 0.020～100.0 0.020～100.0 0.020～100.0 0.020～100.0 0.020～100.0 0.020～100.0 0.020～100.0 110.0～200.0 0.000～200.0 0.000～200.0 0.500～100.0 0.500～100.0 单位 无 V % Hz % % % % % % % % V % % 备注 参见控制字说明 控制字定义： 位 4～15 备用 3 统计CP95值投入 置1时的含义 备用 统计CP95值退出 置时的0含义

位 2 1 0

置1时的含义 统计平均值投入 统计最小值投入 统计最大值投入 置时的0含义 统计平均值退出 统计最小值退出 统计最大值退出 液晶显示画面密码：本装置所有涉及密码的地方均为“55”。

附1.装置背板端子图

附2.装置开孔尺寸图