DM-DNZL-KⅡ电能质量监测装置

使用手册

保定德玛电气科技有限公司

第一章概述

1.1 综述

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。

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。

电能质量监测装置采用先进的32位DSP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设备。可实时监测电网的高达63次的谐波含有率、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、真功率因数、相移功率因数、真有效值、正负序等电能质量指标。

1.2 装置功能特点

电能质量在线监测装置，是我公司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，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产品。

1.2.1 装置特点

装置硬件平台具有如下主要特点：

1）采用Advantech公司32 位高性能PC104嵌入主板和TI 公司32 位DSP 为核心，具有强大的数据处理能力和逻辑、控制能力，核心硬件处于国内先进水平；

2）采用国际先进的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；

3）数据采集通道采用单通道单A/D 设计，每个通道独享一个16 位并行A/D，所有通道完全同步采样，精度更高、速度更快，且任何一路A/D 损坏都不影响其它通道数据的正常采集；

4）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，实时数据掉电不丢失；

5）采用了四层印刷电路板（PCB）和SMT 工艺、继电保护装置常用的”背插式”结构；

1.2.2 装置功能

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。装置主要具有以下功能：

1）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。

2）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（2～63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；

3）高级监测指标

a) 间谐波；

b) 电压波动、闪变；

c) 电压骤升、骤降、短时中断；

4）显示功能

装置面板上带有大屏幕LCD显示器，以图形方式显示主要电能质量监测指标的实时数据。

5）设置功能

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。

6）记录存储功能

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为1年以上，之后按”先进先出”原则更新。

7）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接口通讯。

8） GPS 对时功能(选配)

装置具有GPS硬对时接口，可以接受IRIG-B码对时，保持与远方管理中心的时钟一致。

9）暂态事件触发录波功能

可根据客户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。

1.3 电能质量分析软件功能特点

电能质量分析管理软件是一款专业的电能质量数据、报表图形分析处理的专业软件，该软件结合我国电能质量相关标准和国际IEC相关标准设计，软件采用C++环境开发，能够满足绝大多数电网电能质量监测管理的需求，电能质量分析管理软件均有客户端(C/S版)和浏览器(B/S版)两种，根据客户要求进行配置。

系统软件具有如下特点：

1）采用面向对象的编程方法，对功能进行模块化设计，使用独特的内存数据库管理机制，从而实现快速实时响应。

2）完全采用链表、矩阵、映射等先进数据结构定义，保持了系统良好的可扩展性。

3）进程间采用Socket 网络通讯方式，各进程既可在同一台计算平台上运行，也可在网络上的不同计算平台上分布运行。

4）线程、进程间分层检测监督下级线程、进程运行状态，自动注销和重新启动失效的线程、进程，保证系统的安全可靠。

5）完善的系统信息记录功能。全面记录客户机、服务器、通讯程序等重要程序的启动、运行、退出状态的均有信息提示和事件，能帮助运行人员在计算机系统发生异常情况下及时找到出问题的模块，同时可以作为网络运行安全、稳定的参考信息。通过固定的历史表格可以记录一段时间的统计数据和实时数据。（时间段可以进行设置）

6）用户权限化管理，不同的用户拥有不同的操作权限。

7）拥有的C/S（客户机/服务器）和B/S（浏览器/服务器）两种系统模式：C/S 系统在逻辑上将功能分块，服务器系统（Server）完成所有与数据库相关的操作和客户机系统（Client）用于数据库修改、数据分析、图形显示、生成PQDIF 文件、生成报表等操作；B/S 系统依靠服务器强大的功能实现与数据库相关的操作和数据分析、生成PQDIF 文件、生成报表等功能，通过浏览器以WEB 浏览的方式访问服务器，完成图形显示、浏览打印报表等应用工作。

8）存储数据采用了国际通用的压缩算法，提高了系统利用率，为大容量存储提供了有效保证。

1.4 系统应用方案

第二章主要技术指标

2.1 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%

2.2 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 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。

2.3 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 0.5V～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。

2.4 开关量输出

工作电压： AC220V/DC30V；

输入方式：空接点或有源接点；

2.5 监测指标精度

1）电压、电流：0.2%；

2）功率、功率因数：0.5%；

3）频率偏差：0.01Hz；

4）电压偏差：0.2%；

5）三相电压不平衡：0.2%；

6）三相电流不平衡：0.5%；

7）谐波：符合GB/T 14549-1993 中附录D 中的A 级要求；

8）间谐波：参照/T 14549-1993 附录D 中对谐波要求的A 级；

9）闪变：5％；

10）电压波动：5％。

2.6 通讯接口

1）以太网

接口速率：10/100M 自适应；

接口类型：100Base—T；

支持TCP/IP，FTP 协议；

2） RS232C/485 接口

接口速率：RS232C——300～115200bps，RS485——300～19200bps；

带光电隔离。

2.7 GPS 对时接口(选配)

装置接口： IRIG-B码对时。

2.8 执行标准

Ø《GB/T 15945-2008 电能质量电力系统频率允许偏差》

Ø《GB 12325-2008 电能质量供电电压允许偏差》

Ø《GB/T 15543-2008 电能质量三相电压允许不平衡度》

Ø《GB/T 18481-2001 电能质量暂时过电压和瞬态过电压》

Ø《GB/T 14549-93 电能质量公用电网谐波》

Ø《GB 12326-2008 电能质量电压波动与闪变》

Ø《GB 24337-2009 电能质量公用电网间谐波》

Ø《电能质量测试分析仪检定规程》

Ø《GB/T 19862-2005电能质量监测设备通用要求》

2.9 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：可达3000 米；

防护等级：IP50。

第三章机械结构及电气安装

3.1 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。

3.2 电气安装

3.2.1 典型电气接线示意图

三相三线电压电流经互感器接入方法，按下图方式进行

三相三线电压电流经互感器接入方法

三相四线电压电流经互感器接入方法，按下图方式进行接线：

三相四线电压电流经互感器接入方法

3.2.2 模拟量输入回路

装置用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、柜的电流输入端子处。

注意：在装置投入运行前，必须仔细检查装置的交流电流、电压输入回路的接线是否正确，尤其是交流电流回路的所有端子必须接触可靠，防止电流回路开路而产生危险的高压，危及人身安全！

3.2.3 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，网连接构成通讯网络。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。网络拓扑图请参见第1.6.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。

1 橙白

2 橙

3 绿白

4 蓝

5 蓝白

6 绿

7 棕白

8 棕

图16 EIA/TIA 568B 标准接线图

第四章人机界面

4.1 电能质量监测仪

4.1.1 启动界面

装置面板配置有6.5〞大屏幕的LCD显示器，分辨率达800*600，可以图形方式显示电能质量数据；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。

图1

4.1.2 功能键盘

【↑】【↓】【←】【→】向上、下、左、右移动光标，选择所需操作项目，【ENTER】：实现进入主菜单、菜单选择确认、进入数值修改或确认数值修改功能，【ESC】：退出目前显示菜单，返回上级菜单，或者取消输入【MEUN】：显示菜单栏，选择相应的菜单。

4.1.3 仪器数据界面

用户可以按【MEUN】键进入菜单栏，菜单栏显示为：“实时功能”、“仪器功能”，如下图2：

图2

用户按【←】或【→】选择所需功能如图所示：

图3

图4

用户选择“仪器功能”中的“固定通道”，如固定“2通道”，当通道轮循到“2通道”时按【ENTER】键为选中当前通道，此时在“固定通道”前面有“√”显示。再按【ENTER】为取消选择当前通道，“固定通道”前面的“√”也将自动消失。

用户按【↑】或【↓】键选好要显示的项目，按【ENTER】键进入对应的项目，

图5(实时谐波数据)

图6(实时矢量图)

图7（实时间谐波图）

图8（实时波形图）

图9（实时频谱）

图10（开入继电器状态）

图11（查看暂态数据）

4.1.4 调试终端说明

用户选择超级终端控制平台时可以在电脑的开始—所有程序—附件—通讯—超级终端，如图12：

图12

进入超级终端如图13：

图13

用户输入名称，串口参数一般为“9600”，端口号为：COM1，如名称“9600com1”按确认键如图14：

图14

选择“连接时使用”中的“com1”，确认进入图15：

图15

在串口设置中的“每秒位数”选择“9600”，“数据流控制”选“无”，按确认进入串口控制台如图16：

图16

串口控制台配置中有9项操作，用户可以根据现场要求选择对应的操作项，如选择“1”，如图17：

图17

用户在“维护板卡”中可以选择“3”来设置通道板电压等级、电流变比。如图18

图18

用户选择通讯设置如图19：

图19

用户可以设置IP地址（设置IP地址之前先关闭系统保护，修改完后打开系统保护，系统保护操作在第9项完成），查看当前IP地址等，根据现场要求选择相应的项目。

时间设置，用户可以调整当前时间如图20：

图20

重启系统，如果现场需要重新启动系统时，用户可以选择“4”重启系统，此时仪器重新启动。

继电器控制，选择继电器控制后选择继电器编号如图21：

图21

所有项目设置完成后，请必须选择“退出登录”保存设置，

配置程序中的“5、6、9”三项为售后服务人员的调试项，用户不必操作。

第五章电能质量分析管理软件

5.1 软件概述

电能质量分析管理软件是一款专业的电能质量数据、报表图形分析处理的专业软件，该软件结合我国电能质量相关标准和国际IEC相关标准设计，软件采用C++环境开发，能够满足绝大多数电网电能质量监测管理的需求，电能质量分析管理软件均有客户端(C/S版)和浏览器(B/S版)两种，根据客户要求进行配置。

5.2 运行界面

双击文件中的“”图标，电脑屏幕出现分析软件的主界面，如下图：

在主界面的左侧有用户设置的相应的站点信息；右侧有“实时数据”、“历史数据”、“统计数据”、“站点管理”四个主菜单，每个菜单下都有相应的子菜单项。

5.3 站点管理

点击“站点管理”，用户填写站点信息和设备信息，如站点添加写为“XX供电局”，点击“确认增加”按钮，左侧站点信息会变成相应的站点，点击“增加设备”页面跳转到如下图：

添加设备信息以及相应的变比、存储间隔设置，完成后点击“增加设备”按钮，这样就把站点设置完成了，左侧站点信息出现对应的设备信息。

5.4 实时数据

单击“实时数据”菜单后选中要查看的设备信息，进入后点击“查看实时”页面跳转到如下图：

在此界面可以实时的显示各次谐波（分析软件到63次）、实时间谐波、各相角、实时波形、实时频谱、电压电流有效值、三相基波电压电流、电压电流总谐波畸变率、三相电压波动、长/短时间闪变、真有/无功功率、基波有/无功功率、谐波有/无功功率、功率因数等功能。

5.5 历史数据

单击“历史数据”菜单，进入后分别为“查看历史、查看趋势、调历史数据”三个子菜单，点击“查看历史”菜单页面跳转到如下图：

用户可以根据时间段来查看对应的历史数据，也可以对此数据进行打印。用户在单击“调历史数据”子菜单页面跳转为如下图：

用户可以根据时间段来调取对应的历史数据进行查看分析和曲线分析

5.6 统计报表

单击“统计报表”子菜单，进入点击“生成报表”按钮，页面跳转到如下：

选择线路后，确定查看时间段，用户可以生成报表、打印报表、保存报表（存为“*.rpt”格式）、导出报表（可以存为“PFD文档*.PDF、文档*.doc、网页文件*.html、Excel文件*.xls、CVS文件*.cvs”）、打开报表(打开用户原有的保存报表)。

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