北極星電力軟件網訊:電能質量與國民經濟的各個部門和人民日常生活有著密切的關系和重要意義。電能作為一種商品，具有它本身的特殊性，電能的生產和消費必須同時進行，且電能的生產、傳輸和使用設備必須緊密地連接在同一電網上。因此，作為電力部門的產品——電能的質量，不僅與電力部門有關，而且與成千上萬的電力用戶有關。

電能的質量，通常以供電電壓的頻率、偏移、波動、閃變、間斷、塌陷、尖峰、諧波畸變、三相不平衡度和高頻干擾等項指標來表征。電能的質量，不僅取決于發電、輸電和供電系統本身，現代工業化的迅速發展，接入公用電網的半導體換流器和非線性負荷，也會明顯地干擾或降低配電網中的電能質量。要保證公用電網中電能的質量，必須由電力生產部門和接入電網中的廣大電力用戶來共同努力。為了保障供用電雙方的合法權益，保證電網的安全運行，維護電氣安全使用環境，必須加強電能質量的監測管理。

連續收集、記錄、存儲電能質量的信息，可以幫助供電公司在規劃中正確地改善供用電系統的基礎結構，提高系統運行的穩定性以及合理地擴大系統的容量和確定投資水平。

供電公司和工業用戶都已建立起相當規模的供用電基礎結構和設施，當供用電系統發生故障或被損壞，需要更換的情況下，無論供電公司或工業用戶都要承擔巨大的經濟損失。

隨著現代科學技術的發展，電能質量監測的新技術——全過程監測的出現，使電能質量監測的意義賦予了新的內容。通過全部時間內連續的跟蹤監測，建立起表征電能質量的，真正有用的數據庫，在供配電系統和用電設備運行失效之前，捕獲到其早期的故障信息，以便在毀滅性打擊之前，提醒人們對供、用電設備的運行狀態進行調整和預防檢修。

1全過程監測

1.1全過程監測的必要性

已有的電能質量監測儀品種雖然較多，但所記錄的數據只能是局部和片面的，真正有用的信息往往難于捕獲到。例如，1997年7月2日夜，天津某公司大型電弧爐配套用的靜態無功補償裝置(下稱靜補)發生TCR電抗器閃絡和三次濾波器燒毀個別電容器的故障。7月20日晨，該套靜補裝置又發生了更大的故障，該公司被迫停產，停產期間產值損失達4億5百萬元。事故后華北電力科學研究院迅速派員參與研究分析，提出了靜補裝置在修復期間保證電弧爐能迅速恢復生產的具體措施。經過3個月的運行，證明所采取的措施正確有效。靜補裝置雖已恢復正常運行，但在事故中毀壞嚴重，事故原因至今不明。如果進行電能質量全過程監測，把有用的信息記錄下來，經過綜合、對比和分析，在這些配用電設備運行失效之前，捕獲到其早期的故障信息，及時調整系統的運行狀態和提前檢修，有可能避免這兩次事故的發生。

要把監測電能質量的各種儀器同時安裝在一起使用，不僅費用昂貴，而且在時間和空間上也是有困難的。本文提出的全過程監測新技術，可以解決這一問題。全過程監測儀能夠提供電能質量全方位各種參數的綜合測量，與以往各種形式的監測儀相比，所需費用較低。另外，全過程監測儀能不斷自行調節門檻閾值電平，以便使記錄事件的捕獲速率與存儲器容量相匹配，實現全過程監測和記錄。

1.2全過程監測儀的主要特征

1.2.1測量寬度

全過程監測儀具有測量電能質量全面指標的能力，其中包括，電壓和電流有效值、阻抗，與電力消耗有關的有功功率、無功功率、視在功率、功率因數、位移因數、最大需量、電能以及電壓偏移、電壓頻率。對于暫態干擾能夠監測下列3種事件：

Ⅰ類事件：在0.5 ms～10 ms之間的電壓瞬變;Ⅱ類事件：在10 ms～2 s之間的電壓干擾; Ⅲ類事件：大于2 s的有效值電壓事件，如下陷、隆起和中斷等。

全過程監測儀還能監測三相電壓不平衡、電壓波動和閃變，系統中接地回路電流、母線電壓和線路電流的各次諧波分量幅值和相位，總諧波畸變率(THD)和諧波功率流向。

1.2.2測量深度

全過程監測儀采用高速數字信號處理器，在每一個基波周期中可以測量各種有效值以及基于同一周期的其他各項參數，逐周期地測量，連續記錄存儲，不丟失數據。對于電壓和電流有效值、有功功率、無功功率、視在功率、最大需求功率、真功率因數、位移功率因數、總失真度，三相不平衡度、頻率、波動和閃變等參數，可獲得長時間累積圖。所記錄的數據，主要以電子文件方式輸出(包括文本形式和圖象形式)，故而提供了以各種有效途徑交流信息的機會。全過程監測儀可方便地以電力容差曲線為背景作出各種事件的記錄。工作人員可以快速而且容易地按事件發生的時間或性質，在已記錄的圖象中找出所要的事件。全過程監測儀具有監測參數閾值的自適應功能，門檻電平可根據事件活動出現的幾率不斷地自行調整，無需工作人員干預，即可保證監測儀在監測期間能捕捉到最需要的事件。數據的收集和分析，報告的編寫可以由全過程監測儀的輪詢軟件等來完成。

全過程監測儀所獲得的數據，可以形成各種參數指標的、完整的數據庫。通過將過去的數據與現在的數據進行比較，可預見事故可能發生的時間，對已變質的供用電設備狀況預先報警，在設備損壞之前，進行調整和檢修，即預防檢修。

2系統結構

在已有的配電站設計中，用于開關柜的安裝式儀表傳統設計只提供電能消耗和有效值的參數，沒有表征電能質量或諧波的表計。現有的便攜式電能質量監測儀，雖然測量儀器與計算機的外圍設備(如鍵盤、磁盤驅動器和CRT等)結合起來了，但沒能成功地利用目前遍布于國家機關、企事業單位、金融和商業系統的個人計算機(PC)網的特點，來簡化數據的傳輸、整理、分析，以及報告的編寫。電能質量全過程監測儀能綜合監測電能質量的各方面指標，而且緊密地與個人計算機相連接，充分利用現有計算機網的作用，可以經濟方便地安裝在供電公司的變電站或者用戶配電站中。用以太網能夠連接安裝在供電區和用戶基地上的關鍵位置的各臺監測儀。如果監測儀安裝在較遠的現場，可以通過電話線和調制解調器來通訊聯系。全過程監測儀的原理方框圖如圖1所示。

每臺監測儀具有4個電壓測量通道和5個電流測量通道。4個電壓通道可以監測母線三相電壓和中性點電壓;5個電流通道可以監測線路三相電流、中線及地線的電流。如圖1中所示，被測信號被衰減后，經濾波器分離為高于3.4 kHz的高頻分量和低于3.4 kHz的低頻分量。在低頻信號通道中，為保證每個周期中正好提供128個采樣點，使用一個同步脈沖發生電路產生采樣同步脈沖，以6.4 kHz的頻率，送至各個通道中的采樣—保持電路和A/D轉換器。被測信號經采樣—保持后進行14位的模數轉換(ADC)。數字化的被測信號被送進數字信號處理器(DSP)進行快速付立葉變換(FFT)，在100μs中計算出63次諧波分量的幅值和相位。每一個基波周期中反復進行這個過程，低頻信號通道最高能測信號峰值1 000V，具有90 mV的分辨率。其他的參數，例如電壓和電流的有效值、有功功率、視在功率、無功功率、真功率因數、位移功率因數、總畸變率等，均在每一個周期中同時算出。被記錄的這些參數以一個周期的分辨率提供了長時間的累積圖。按周期累積起來的數據可以清楚地顯示出一個周期的最大值和最小值，以及該時間段中的平均值。同時還可算出三相不平衡度、電壓偏差率、電壓波動和閃變。在高頻分量的通道中，被測信號進入一個10位、4 MHz的高速模數轉換器，將模擬信號轉換為數字信號。該通道主要用于瞬變高速脈沖的捕獲，可測量的最大信號電壓峰值為8.4 kV，分辨率為12 V。

該監測儀主板上使用一個386微處理器和一個387協處理器，帶有4 MBRAM。另外內置一個540 MB硬盤驅動器，用于存儲記錄下來的數據。監測儀備有一個并行口和一個串行口，所存儲的數據可以經過以太網或電話線下載到個人計算機。在監測儀中，所記錄存儲的各類數據，已經作了各種必要的整理，因此下載的時間短。基于Windows應用軟件駐留在個人計算機中，可以隨時控制數據下載。通過操作軟件鍵，工作人員可方便地觀察所記錄的事件波形，諧波頻譜，對于電壓和電流有效值、有功功率、無功功率、視在功率、最大需求量、功率因數以及總失真度、三相不平衡度、系統頻率和閃變等，可以觀察其長時間(一日、一周或一月)的累積圖。

監測儀記錄存儲的電能質量事件的詳細內容取決于采樣和A/D轉換的速率。對于供配電系統中功率因數補償電容器的合閘和開斷瞬變過程的記錄，低頻分量通道中6.4 kHz的采樣速率較為合適。對于發生在設備內部的由電機和其他負載的投入和切斷所引起的高速脈沖，可采用高頻分量通道中具有4 MHz的高速采樣速率，捕獲低于250 ns寬度脈沖的具體形狀，可以幫助用戶診斷脈沖產生的原因，從而選擇適當的解決方法。