三相谐波监测装置
三相谐波监测装置第1章 概 述
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。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。电能质量下降，严重威胁供电、用电设备的可靠运行。
电能质量监测装置是我公司针对电能质量监测难题，研究总结国内外电能质量监测特点和实践经验基础上，严格按照国家颁布的相关技术标准，自主设计开发的新一代嵌入式电能质量在线监测终端。采用*工控板+DSP+FPGA处理器，是具有高速采样、计算、分析、统计、通讯和显示等功能相结合的电能质量监测装置。
该装置可全天候不间断监测电网的谐波含有率、谐波总畸变率、三相电压不平衡度、闪变、电压偏差、电压波动、频率、各次谐波有功功率、无功功率、功率因数、相移功率因数、有效值、正负序、暂态事件等电能质量数据。
对电能质量监测装置的监测数据进行分析，可反映公用电网供到用户受电端的交流电能质量，各种用电设备在不同运行状态下对公用电网电能质量的影响。对电力设备调整及运行过程动态监视，帮助用户解决电力设备调整及投运过程中出现的问题。监测分析电力系统中动态参数，并对相关设备的功能和技术指标作出定量评价，保护系统中重要设备的用电可靠，避免因电能质量问题带来引起的重大事故。
三相谐波监测装置第2章 装置功能特点
LYDN9000B电能质量在线监测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。并且具有完善的电能质量数据统计分析功能，方便用户及时准确的了解线路电能运行状况。
2.1 装置监测项目
基本测量 | 电网频率；电压、电流有效值；总的有功、无功功率、功率因数 |
基本监测指标 | a) 三相基波电压、电流有效值，基波功率、功率因数、相位等； b) 电压偏差； c) 频率偏差； d) 三相电压不平衡度、三相电流不平衡度、负序电 压、电流； e) 谐波（2～100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； f) 电压波动、闪变； |
监测指标 | a) 间谐波； b) 电压骤升、骤降、短时中断； |
2.2电能质量统计分析功能
分钟统计功能
装置具有对电能质量数据的分钟统计功能，可按设定时间（1分钟~10分钟）统计电能质量数据的大值、小值、平均值、95%概率大值等。
日报表统计功能
在电能质量分钟统计基础上，进行日报表统计分析功能，统计电能质量数据的大值、小值、平均值、95%概率大值等。
2.3事件记录功能
暂态事件记录
当发生暂态事件，装置能够准确地记录该事件，包括事件类型、事件发生时刻、发生相别、特征幅值、暂态发生持续时间等。
稳态事件记录
装置具有对电能质量稳态指标越限的判断，并能够根据配置文件灵活配置要记录的稳态指标越限事件，事件内容包括事件类型、事件发生时刻、特征幅值。
2.4录波功能
暂态触发录波
暂态事件自动触发录波，可同时记录事件发生前后10周波和事件结束前后10周波波形数据。
2.5数据存储功能
电能质量数据存储
可按设定间隔保存分钟电能质量统计数据，保存间隔按3~60分钟可配置。32G电子盘，保存时间长度根据设定保存间隔及监测路数自由伸缩。数据存储按“先进先出"原则，循环覆盖。数据停电不丢失，保存时间不小于10年。
数据拷贝
支持USB拷贝数据文件，且能够自动新建相应文件夹。
2.6通讯功能
支持RS485、USB、以太网接口，并且支持双网口通讯方案；
通过IEC61850协议与主站系统交换数据（需定制）；
根据主站要求上传实时电能质量分析数据，在固定时间段内的电能质量分析数据；
2.7对时功能
具备GPS硬对时接口，可以接受IRIG-B码对时。
2.8界面显示功能
实时数据
可实时查看对应监测点的电压电流有效值、谐波、间谐波、闪变、功率、不平衡度等电能质量数据。
实时波形
实时显示对应监测点的矢量图以及实时波形图。
事件记录
可查看对应监测点暂态事件记录和稳态事件记录。录波文件以Comtrade文件存储。
参数管理
主要包括定值设置、变比设置。该部分主要用于装置对应监测点的电压等级、PT、CT以及越限限值的界面配置。
历史数据
主要包括日报表数据、日合格率数据等历史数据的查看。
系统设置
主要包括通讯设置、统计间隔设置、时间设置、PQDIF配置、密码设置、文件管理以及运行工况查询。该部分可进行对装置的维护操作，如装置通讯IP地址的设定、PQDIF文件生成机制的设置以及版本信息的查看等。
三相谐波监测装置第三章 主要技术指标
项目 | 参数 | ||
通道数量 | 单路/两路 | ||
主机类型 | 工控机 | ||
工作电源 | 交流 | 220V±10% ；50Hz±0.5Hz；谐波畸变率不大于15％ | |
直流 | 220V±10%，纹波系数不大于5% | ||
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 | ||
电压信号输入 | 输入方式 | 电压互感器输入 | |
额定值Un | 220V/380V | ||
测量范围 | AC 0.5V～450V | ||
功率消耗 | 不大于0.5VA/路 | ||
过载能力 | 1.73Un 连续工作 2Un 允许1s | ||
输入阻抗 | 大于100kΩ | ||
开关量输出 | 工作电压 | AC220V 3A/DC30V 3A； | |
输出方式 | 无源接点 | ||
监测指标精度 | 电压 | 0.2% | |
电流 | 0.2% | ||
功率 | 0.5% | ||
功率因数 | 0.5% | ||
频率偏差 | 0.01Hz | ||
电压偏差 | 0.2% | ||
三相电压不平衡 | 0.2% | ||
三相电流不平衡 | 0.2% | ||
谐波 | 符合GB/T 14549-1993 中附录D 中的1 级要求 | ||
间谐波 | 参照/T 14549-1993 附录D 中对谐波要求的1级 | ||
闪变 | 5％ | ||
电压波动 | 5％ | ||
通讯接口 | 以太网 | 接口速率 | 10/100M 自适应 |
接口类型 | 100Base—T | ||
协议 | 支持TCP/IP，FTP | ||
RS 485 接口 | 接口速率 | 300～115200bps 带光电隔离 | |
对时接口(选配) | 装置接口 | IRIG-B码对时 | |
存储 | CF卡 | 标配32G，可扩展 | |
工作环境 | 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 | 3000 米以下 | ||
三相谐波监测装置第四章 系统应用方案
整个网络分为采集单元、变电站监测层和上级监测层三个部分。采集单元为监测终端，通过以太网将数据传送至当地监控系统。用户可通过上级监测层和当地监控系统进行管理。
三相谐波监测装置第五章 机械结构及电气安装
5.1 安装开孔图
装置为嵌入式安装方式，可以集中安装于控制室的屏柜上，也可分散安装于开关柜上。
5.2 模拟量输入回路
装置交流电流回路必须用可靠压接的不小于2.5mm²的带色标的导线连接至屏柜的电流输入端子处，装置端子上的螺丝必须有弹簧垫圈并拧紧，以防止交流电流回路开路；交流电压回路必须用可靠压接的不小于1.5mm²的导线连接至屏、柜的电压输入端子处。
5.3 通讯网络的连接
装置适用于电力系统各电压等级变电站和工矿企业变电站，由网线连接构成通讯网络。本装置提供两个独立的、互为备用的以太网接口，通过专用的屏蔽网络连接线按照国际通用的EIA/TIA 568B 标准接入网络交换机后组网。网络拓扑图请参见上节。以太网连接线的两个端头都需按照EIA/TIA 568B 标准制作，其接线示意如图16 所示。
第六章 人机界面
本装置配置TFT彩色液晶屏，界面显示具有中英文选择功能，显示界面*图形化设计风格。界面操作类似Windows 的操作方法，简单易用。此外，在人机对话操作中，为防止误操作影响装置的正常运行，本装置在一些功能中设置了密码，密码在出厂时默认设置为空，即直接按确认键即可。
6.1开机界面
本设备在上电后大约10~15秒后点亮屏幕，并显示此开机启动界面。等待机器完成启动自检和初始化工作。自检和系统初始化全部完成大约需要30~40秒钟。此过程结束后切换至数据显示界面。
6.2按键的基本功能
“﹢"——用于向后切换通道；
“﹣"——用于向前切换通道；
“↑"——方向键，用于向上移动光标；
“↓"——方向键，用于向下移动光标；
“→"——方向键，用于向右移动光标；
“←"——方向键，用于向左移动光标；
“取消"——用于放弃当前操作，或退出正在显示的内容；
“确认"——用于确认各项操作；
6.3主菜单
6.4操作指南
注：装置修改密码为“8888"。
6.4.1查看实时数据
在主菜单中可以通过“↑"，“↓"键分别查看各项电能质量指标数据，并且可以通过“确认"键进入二级菜单查看各类子项数据。同时“确认"键也可进入某些子项显示界面，可通过方向键进行翻屏或选择查看内容。
6.4.2查看实时图形
在“实时波形"界面可查看电压和电流的实时波形；在“基波向量"下可查看电压电流矢量图；在“波动闪变"界面可查看电压有效值的实时波形；在“历史统计"中可查看暂态事件波形。
6.4.3查看和设置变比
在“系统配置"—“电能参数"界面可进行线路PT变比，CT变比设置，还可以进行暂态事件和稳态事件定值设置。
注：1. 当设置完以上定值后，必须按“保存参数"定值才生效。
2. 装置出厂时，默认定值为“0"(即退出越限报警)，为确保装置能够正常提示越限告警及记录事件，请不要随便修改定值。如需了解或修改定值，请翻阅本手册附表列出的定值说明。
6.4.4设置时间
1. 手动设置时间
在“系统配置"—“系统参数"—“终端校时"—“手动设置时间"对话框中手动输入相应时间，输入完毕按“确认"键，新设置时间生效。
2. 网络校时
在“系统配置"—“系统参数"—“终端校时"—“网络服务器同步校时"对话框中输入服务器IP地址和端口号，输入完毕按“确认"键，装置自动同步服务器时间（上位机需装对时软件）。
3. B码校时
在“系统配置"—“系统参数"—“终端校时"—“B码校时"中可开启B码校时功能，装置后端子需接入相应的B码信号，装置自动同步B码时钟。（GPS对时为选配功能）
6.4.5设置通讯参数
1. 串口参数设置
在“系统配置"—“系统参数"—“网络设置"—“COMx波特率"中输入相应波特率，按“更新COMx"即可生效。
注：出厂默认COM1用作RS485通讯口（默认modbus规约，地址为1，“协议设置"中查看及修改）；COM2用作B码对时口。
2. 网口参数设置
在“系统配置"—“系统参数"—“网络设置"—“网口x MAC地址/IP地址/子网掩码"中输入相应值，按“更新MAC/网口x"即可生效。
注：MAC地址：硬件地址（Medium Access Control）用来定义网络设备的位置，它是由网卡决定的，是固定的。
IP地址：互联网协议地址（Internet Protocol Address），是IP协议提供的一种统一的地址格式，它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差异。
子网掩码：网络掩码（subnet mask） 它是一种用来指明一个IP地址的哪些位标识的是主机所在的子网，以及哪些位标识的是主机的位掩码。子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。子网掩码只有一个作用，就是将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分。是一个32位地址，用于屏蔽IP地址的一部分以区别网络标识和主机标识，并说明该IP地址是在局域网上，还是在远程网上。
3. FTP上传参数设置
在“系统配置"—“系统参数"—“网络设置"—“FTP xxxx"中输入相应值，按“更新FTP"即可生效。
4. 网关IP参数设置
在“系统配置"—“系统参数"—“网络设置"—“默认网关IP地址"中输入相应值，按“更新网关"即可生效。
6.4.6 选择线路设置
本装置的A-A0，B-B0，C-C0三相作为1个测量通道，并标示为CHxx（见上图），由于采用*通道同步技术，所以各个测量通道可以根据需要配置为测量线路的电压或电流通道。
例如：
需要测量线路1的电压U和电流I；线路2的电压U和电流I。装置可配置为：
“Line_1"用CH01测量线路1的电压U；
用CH02测量线路1的电流I；
“Line_2"用CH03测量线路2的电压U；
用CH04测量线路2的电流I；
需要测量1段母线电压U，出线的电流I1、电流I2和电流I3。
装置可配置为
用CH01测量I段母线电压U；
“Line_1"用CH02测量I段母线出线电流I1；
“Line_2"用CH03测量I段母线出线电流I2；
“Line_3"用CH04测量I段母线出线电流I3；
注：出厂时已根据用户要求配置，相应线路电压电流标签会贴在CHxx下方，配线之前请进行确认，用户无须更改。
6.4.7 软件升级操作
首先把升级软件拷贝到U盘根目录下，将U盘插入USB接口，进入“系统配置"—“系统参数"—“系统信息"界面，按“升级软件"根据提示等待装置自动完成升级操作。
6.4.8 装置校准
出厂调试人员已对装置进行校准操作，用户无须操作。
6.4.9 文件上传或导出
文件根据FTP设置自动上传文件，也可手动上传文件或导出文件。
进入“系统配置"—“文件管理"界面，，选择文件，按“上传到FTP服务器"或“拷贝到USB设备"相应文件会上传或导出。
6.4.10 打印数据
进入“系统配置"—“打印数据"界面，可进行相应打印操作。
附表：装置定值清单
序号 | 名 称 | 取值范围 | 单位 |
1 | 运行电压（kV） | 0.01---500.00 | kV |
2 | 额定电压（kV） | 0.22---500.00 | kV |
3 | PT变比 | 1.00---5000.00 | -- |
4 | CT变比 | 1.00---5000.00 | -- |
5 | 电压上偏差越限值 | 1.00---100.00 | % |
6 | 电压下偏差越限值 | 1.00---100.00 | % |
7 | 电压偏差总越限值 | 1.00---100.00 | % |
8 | 电压总畸变率越限值 | 0.01---100.00 | % |
9 | 电流总畸变率越限值 | 0.01---100.00 | % |
10 | 奇次电压含有率越限值 | 0.01---100.00 | % |
11 | 偶次电压含有率越限值 | 0.01---100.00 | % |
12 | 奇次电流含有率越限值 | 0.01---100.00 | % |
13 | 偶次电流含有率越限值 | 0.01---100.00 | % |
14 | 2次电流越限值（一次） | 0.01---200.00 | A |
15 | 3次电流越限值（一次） | 0.01---200.00 | A |
16 | 4次电流越限值（一次） | 0.01---200.00 | A |
17 | 5次电流越限值（一次） | 0.01---200.00 | A |
18 | 6次电流越限值（一次） | 0.01---200.00 | A |
19 | 7次电流越限值（一次） | 0.01---200.00 | A |
20 | 8次电流越限值（一次） | 0.01---200.00 | A |
21 | 9次电流越限值（一次） | 0.01---200.00 | A |
22 | 10次电流越限值（一次） | 0.01---200.00 | A |
23 | 11次电流越限值（一次） | 0.01---200.00 | A |
24 | 12次电流越限值（一次） | 0.01---200.00 | A |
25 | 短时闪变越限值 | 0.50---100.0 | -- |
26 | 长时闪变越限值 | 0.50---100.0 | -- |
27 | 电压骤降启动定值 | 0---200.0 | % |
28 | 电压骤升启动定值 | 100.0---200.0 | % |
29 | 电压中断启动定值 | 0---200.0 | % |
30 | 低频启动定值 | 40.0---100.00 | Hz |
31 | 过频启动定值 | 50.0---100.00 | Hz |
32 | 电压不平衡启动定值 | 0.02---100.0 | % |
33 | 电流不平衡启动定值 | 0.02---100.0 | % |
34 | 冲击电流启动定值 | 0.5---100.00 | A |
