电能质量检测设备技术规范.doc

电能质量监测设备技术规范1. 使用范围本规范规定了电能质量监测设备的通用结构和基本性能，包括固定式监测设备和便携式检测设备，确立了电能质量检测参数的一般测量方法和测量精确度，适用于交流额定频率为50Hz的公用电网的电能质量监测设备。本规范只是对各项指标进行指示性的说明,并非是详细的设计说明书。2. 引用标准1) GB/T 19862-2005 电能质量监测设备通用要求2) GB/T 12325-2003 电能质量 供电电压允许偏差3) GB/T 14549-1993 公用电网谐波4) GB 12326-1990 电能质量电压允许波动和闪变5) GB/T 15543-1995 电能质量 三相电压允许不平衡度6) GB/T 159451995 电能质量电力系统频率允许偏差7) GB/T 18039.4-2003 电磁兼容 环境 工厂低频传导骚扰的兼容水平8) GB/T 17626.2-1998 电磁兼容 试验与测量技术 静电放电抗扰度试验9) GB/T 17626.2-1998 电磁兼容 试验与测量技术 射频电磁场辐射抗扰度试验10) GB/T 17626.2-1998 电磁兼容 试验与测量技术 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验11) GB/T 2423.1-2001 电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验A：低温12) GB/T 2423.2-2001 电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验A：高温13) GB/T 2423.4-2001 电工电子产品基本环境试验规程 试验Db: 交变湿热试验方法14) GB/T 2423.5-1995 电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验Ea和导则：冲击15) GB/T 2423.5-1995 电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验Fc和导则：振动16) DL/T 1028-2006 中华人民共和国电力行业标准17) IEC61000-4-30 Testing and measurement techniquesPower quality measurement methods18) IEC 61000-4-7 Part 4-7：testing and measurement techniques-general guide on harmonics and interharmonics measurements and instrumentation19) IEC 61000-4-15 part 4：testing and measurement techniques-section 15:flickermeter-functional and design specifications3. 术语及定义1)电压偏差voltage deviation：供电电压幅值与标称电压幅值的偏差；2)频率偏差frequency deviation：系统频率的实际值与标称值的偏差；3) 闪变flicker：灯光照度不稳定造成的实感；4) 电压暂升 voltage swell：在电力系统某节点上出现的电压暂时上升；5) 电压暂降 voltage dip：在电力系统某节点上出现的电压暂时下降；6) 电压短时中断 voltage interruption：供电电压消失一段时间，一般不超过1min，短时中断可以认为是90%100%幅值的电压暂降；7) 瞬时电压 transient voltage：电压瞬间急剧上升或下降；8) 正序分量 positive-sequence component：将不平衡的三相系统的电量按对称分量法分解后，其正序对称系统中的分量；9) 负序分量negative-sequence component：将不平衡的三项系统的电量按对称分量法分解后，其负序对称系统中的分量；10) 不平衡度 unbalance factor：三相电力系统中三相的不平衡程度，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；11) 谐波 harmonic：对周期性交流量进行傅里叶技术分解，得到频率为基波频 率大于1整数倍的分量；12) 间谐波 inter-harmonic：对周期性交流量进行傅里叶技术分解，得到频率不为基波频率整数倍的分量；13) 电压波动 voltage fluctuation：电压方均根值一系列的变动或连续的改变，为电压均方根值的两个极值和之差，常以额定电压的百分数表示其相对百分值；14) 等效闪变允许值 equivalent 10Hz flicker ：电压调幅波中不同频率的正弦波分量的均方根值等效为10Hz的一分钟平均值，以额定电压的百分数表示；15) 滑动参考电压 Sliding reference voltage；16) ：半个周期刷新一次的均方根值电压。4基本结构及性能4.1基本结构电能质量监测设备须包括测量传感器、测量单元、评估单元三个基本组成部分及其附属器件。4.2 监测功能设备须可监测电网频率、电压幅值、电压波动、闪变、电压暂升、电压暂降、电压短时中断、瞬时电压、三相不平衡、谐波、间谐波、设备电源电压、快速电压变化等参数。4.3统计分析监测设备应具有对电能质量指标进行统计分析的功能：1) 统计分析出各指标参数数据及曲线；2) 指标参数在任意时间段内的统计，包括电网频率、母线电压幅值、三相电压和电流总畸变率、三相电压和电流不平衡度、电压和电流谐波分量的最大值、最小值、平均值、测试时段内闪变值、测试时段内骤升骤降、总监测次数、指标合格率等，统计分析后，并生成报告；3) 设备与系统联接为星型联接时，可计算出线电压；设备与系统联接为三角型联接时，可准确计算功率因数、有功、无功等；4) 设备须存储PT和CT变比值，被显示的数据可以以单位A、V或额定百分比表示。4.4显示功能监测设备应具有对被监测的电能质量参数的实时数据和相应波形显示的功能。4.5记录储存功能1) 电压偏差、频率偏差、谐波、间谐波和三相电压不平衡度测量时以10个周期为单位，基本记录周期为3s；2) 固定式监测设备的保存时间间隔是3min，取该时间段内的最大值连同该时间段结束的时刻构成一条完成的存储记录；具有实时数据上传功能的固定式监测设备在实时监测状态下记录上传时间为3s；3) 便携式监测设备记录保存的时间间隔为3s；4) 短时闪变的一个记录周期为10min，长时闪变为2h；5) 设备的存储记录应至少15天。4.6 通讯功能设备应根据实际需要，至少具备一种标准的通讯接口，实现监测数据的实时传输或定时提取，例如RS485/232、以太网等。4.7 权限管理功能监测设备具备权限管理功能，只有具有授权权限的操作人员才可对该设备进行使用、参数设置和更改。4.8 设置功能监测设备具有对设备时钟、电压暂升阙值、电压暂降阙值等设置、更改的功能。4.9 越限保护功能检测设备具有报警和提示功能，超出用户设定的事件范围则给予相应提示，保护设备。4.10 设备时钟误差A级标准：其时钟不确定度不超过20ms；B级标准：制造商应规定出以10min为一个间隔的设备时钟计算方法。4.11 设备机械性能设备能承受正常运行中的机械振动及常规运输条件下的冲击，确保设备不发生损坏和零部件松动脱落现象，同时功能和准确度符合各电能质量参数要求。4.12 设备安全性能4.12.1 绝缘电阻设备各电气回路对地和各电气回路之间的绝缘电阻要求如下表所示；表1 设备各电气回路对地和各电气回路之间的绝缘电阻要求额定电压/V绝缘电阻要求/测试电压/V正常条件湿热条件250500注：与二次设备及外部回路直接联接的接口回路采用的要求。4.12.2 冲击电压将电压峰值为6kV，波形为1.2/50的标准冲击脉冲，施加于监测设备电气回路对地之间，不应出现电弧、放电、击穿和损坏，且监测设备存储数据无变化，功能和电能质量参数仍符合要求。4.12.3 绝缘强度在监测设备电气回路对地之间及各电气回路之间施加下表所示的50Hz正弦波电压1min，不应出现电弧、放电、击穿和损坏，且监测设备存储数据无变化，功能和电能质量参数仍符合要求。表2 绝缘强度试验电压额定电压/V试验电压有效值/V额定电压/V试验电压有效值/V5001000200025004.13 设备电磁兼容性能满足本技术规范的电磁兼容性能试验要求。5电能质量参数5.1 电源频率5.1.1 测量方法频率是指每10秒钟内被测信号重复出现的次数，其数学表达式为式中：被测信号的频率 出现次数 发生次所需要的时间每次评估之前，应对谐波和间谐波进行衰减，使其对频率测量影响降低到最小。另外，测量间隔须无交迭。5.1.2频率偏差允许值1) 电力系统正常频率偏差允许值为，当系统容量较小时，偏差值可以放宽到；2) 用户冲击负荷引起的系统频率变动一般不得超过，根据冲击负荷性质和大小以及系统的条件也可以适当变动限值，但应保证近区电力网、发电机组和用户的安全、稳定运行以及正常供电。5.1.3设备频率测量不确定度A级标准：频率不确定度不超过。B级标准：制造商给出不确定度规定。5.2 电压幅值5.2.1 测量方法电压幅值是在一个10周期时间间隔上的电压量值的均方根值，每个10周期间隔须与相邻10周期间隔相连接，但不可重叠。5.2.2供电电压允许偏差1) 35kV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过标称系统电压的10%；注：如供电电压上下偏差同号（均为正或负）时，按较大的偏差绝对值作为衡量依据。2) 10kV及以下三相供电电压允许偏差值为标称系统电压的；3) 220kV单相供电电压允许偏差为标称系统电压的+7%、-10%；4) 对供电电压允许偏差有特殊要求的用户，由供用电双方协议确定。5.2.3电压幅值测量不确定A级标准：电压幅值不确定度不超过标称电压幅值的B级标准：制造商给出相应幅值不确定度，但应不超过标称输入电压幅值的5.3电压波动5.3.1 测量方法以10周期为单位求出各欠电压和过电压的均方根值，然后根据电压波动的计算公式求出电压波动值，电压波动变化率低于每秒0.2%时，应视为电压偏差。5.3.2 电压波动允许值表3 电压波动允许值额定电压，KV电压波动允许值，%10及以下2.5351102220及以上1.65.4 闪变5.4.1 测量方法短时闪变测试值测试周期为10min，取实测95%概率大值。5.4.2 闪变测量不确定度A级标准：短时闪变测试值为020。B级标准：不做要求5.4.3等效闪变允许值表4等效闪变允许值应用场合等效闪变允许值，%对照明要求较高的白炽灯负荷0.4（推荐值）一般性照明负荷0.6（推荐值）5.5 电压暂升、暂降5.5.1 基本测量电压暂升、暂降的基本测量应测量每个通道上的5.5.2 滑动参考电压的计算其中： 为该滑动参考电压现在的值； 为该滑动参考电压前一个值； 为电压最近测得的10周期均方根值。5.5.3 电压暂降监测电压暂降门槛值根据5.5.2计算出的，由用户设置。5.5.4 电压暂升监测电压暂升门槛值根据5.5.2计算出的，由用户设置。5.5.5 电压暂升、暂降测量不确定度5.5.5.1 电压暂升、暂降幅值测量不确定度A级标准：测量精确度不超过输入电压标称值的B级标准：精确度由制造商规定，但应不超过输入电压标称值的5.5.5.2 电压暂升、暂降持续时间测量不确定度A、B级标准：电压暂升、暂降持续时间测量精确度为电压暂升、暂降开始时的不精确度（半个周期）与结束时的不精确度（半个周期）之和。5.6 电压中断5.6.1 基本测量电压中断的基本测量应测量每个通道上的。5.6.2 电压中断监测单相系统中，电压中断开始于电压有效幅值低于电压中断设定值，结束于电压有效幅值等于或高于电压中断设定值；多相系统中，电压中断开始于所有监测通道的电压有效幅值低于电压中断有效值，结束于任何一个通道测得的电压有效幅值等于或高于电压中断设定值。5.6.3 电压中断持续时间测量不确定度在辅助电源供电后备时间内，持续时间测量不确定度小于2个周期。5.7 瞬时电压检测方法：当重在考虑绝缘时，该瞬时测量相对地进行；当重在考虑仪器损害时，该测量相对相或中性线进行：比较法：当超过固定的绝对门槛值时，则监测到一个瞬变；包络线法：与比较法类似，但是在进行分析之前将基波去除；滑动窗口法：将瞬时值与前一个周期上相应的值进行比较。法：当超过得出的固定门槛值时，测得一个瞬变；均方根值：使用快速采样，将该均方根值用于比一个基波周期小得多的间隔的计算，然后与门槛值进行比较。5.8 三相电压不平衡5.8.1 测量在10周期的时间间隔上测量出电压输入信号的基波分量，然后对其用对称分量法分解。在不平衡情况下，除正序分量外，还至少存在负序分量和零序分量。5.8.2 三相电压不平衡度计算1) 在有零序分量的三相系统中，应用对称分量法，分别求出正序分量和负序分量，由式求出不平衡度；2) 在没有零序分量的三相系统中，当已知三相量a、b、c时，用下式求不平衡度：式中：5.8.3 三相电压不平衡测量不确定度正序和负序分量不平衡度应在1%5%之间，另外读取测量不平衡度时应加上，例如，测得不平衡度为1%，则应读取5.9 谐波5.9.1 谐波参数测量参见IEC 61000-4-7。5.9.2 谐波采样1) 设备应采样1-50次谐波；2) 设备应提供锁相功能和抗假频滤波功能；3) 电流的谐波可以用实际的安培值或由用户指定的额定值百分比来表示；4) 可对综合参量提供与单次谐波采样间隔相同的时间趋势图（最大值、最小值和平均值），对于电压和电流的综合参量应包括总畸变率（对于电流用安培值表示），通信干扰指标（TIF）和K因数（评估配电变压器上谐波反作用力的一种单位因数）。5.9.3 谐波监测准确度等级：表5谐波监测准确度等级等级被测量条件允许偏差A电压电流B电压电流为标称电压，为标称电流，为谐波电压，为谐波电流5.10 间谐波5.10.1 间谐波测量：参见IEC 61000-4-7。5.10.2 间谐波采样以10个周期为单位采样并进行简谐波分析。5.10.3 间谐波测量准确度等级与5.8.3谐波测量准确度等级相同。5.11 快速电压变化快速电压变化是在两个稳态环境之间电压均方根值的一个快速转变。测量快速电压变化之前须对下列各项的阙值进行定义：电压最小变化率、稳态环境的最小持续时间、两个稳态环境之间电压中的最小差值以及稳态环境的稳定性。快速电压变化期间的电压须不超过电压暂升、暂降的阙值，其特性参数为变化后达到的稳态电压值与初值稳态值之间的差值。5.12 设备电源电压5.12.1 测量方法此方法使用于发出频率低于3的信号，高于此信号频率的，须参见IEC61000-3-8中的方法：此测量方法条件为：与之相应的间谐波10周期均方根值得到合并；或者将与之最接近的间谐波10周期均方根值合并得出其间谐波均方根值（例如：一个316,67Hz的控制信号均方根值可用在一个10周期时间间隔上进行的傅里叶变换得到的310Hz、315 Hz、320 Hz、325 Hz四个信号均方根值合并得到）。用户选择一个的0.1%以上的监测阙值以及最长记录时间为120s的时间段，然后在此时间对内对所测量的各值进行记录。5.12.2 设备电源电压允许偏差交流标称电压：220V，容许变化范围，谐波电压总畸变率不大于8%；100V，容许变化范围，谐波电压总畸变率不大于8%；直流标称电压：220V，容许变化范围为110V，容许变化范围为5.12.3 测量不确定度：A级标准：测量不精确度不应超过读数的7%。B级标准：不做规定。5.13 信号输入通道5.13.1 通道要求1) 可以监测单相或多相系统；2) 监测设备应能同时监测三相电压和电流（星型联接或三角型联接）；3) 电源消耗的有功功率不大于5W；信号回路在标称输入电压电流参数下，通道消耗的视在功率应不大于0.75VA/通道；4) 所有干扰发生时应记录所有通道量值（电压、电流和任何辅助通道）；5) 对于波形记录每周波至少128次采样。 5.13.2 电压信号输入回路1) 范围：过载能力为标称电压的倍；2) 波峰系数：。5.13.3 电流信号输入回路1) 范围：标称电流1A、5A；2) 过载能力：1.2倍标称电流连续，2倍标称电流持续1s；3) 波峰系数：。5.13.4 停电数据保持长时间断电时，监测设备不应出现误读数，并应有数据保持措施，至少保持四个月以上，电源恢复时，数据不丢失。5.14 环境条件1) 周围空气温度不超过；且在24h内测得的平均值不超过，最低周围空气温度为；2) 在24h内测得的相对湿度的平均值不超过95%；在24h内测得的水蒸气压力的平均值不超过2.2kPa；月相对湿度平均值不超过90%。5.15 电能质量参数测量范围表6 电能质量参数测量范围A类性能：影响量测量范围频率42.5Hz-57.5Hz电压量值（稳态）的0 %200 %闪烁（）020三相不平衡0% 5 %谐波（全谐波失真）在 GB/T18039.4-2003中，第3类别中的值的2倍间谐波（在任何频率时）在 GB/T18039.4-2003中，第3类别中的值的2倍设备电源电压的0 %9 %瞬时电压6 kV峰值快速电压变化4 kV峰值注意： 应该由周期性调制来产生。表7 电能质量参数测量范围A类性能：影响量测量范围频率42.5Hz-57.5Hz电压量值（稳态）的0 % 150 %三相不平衡0% 5 %谐波（全谐波失真）在 GB/T18039.4-2003中，第3类别中的值的2倍间谐波（在任何频率时）在 GB/T18039.4-2003中，第3类别中的值的2倍设备电源电压的0 %9 %6试验6.1 试验条件6.1.1 试验气候环境条件1) 温度：；2) 相对湿度：45%75%；3)大气压力：86kPa106 kPa6.1.2 电源条件1) 试验电源：频率为50Hz，允许偏差；2) 电压：AC220V，允许偏差。6.2 设备基本功能试验6.2.1设备基本监测功能试验监测设备是否具有4.2所列举的各项功能。6.2.2 设备机械性能试验6.2.2.1 振动试验监测设备不包装、不通电，固定在试验台中央，按GB/T2423.10-1995规定进行：频率范围：交越频率：(：定振幅；：定加速度)每一轴向扫频周期数：10次。试验后设备应无损坏或紧固件松动脱落现象，功能和监测准确度仍符合第5章中电能质量参数的要求。6.2.2.2 机械冲击试验监测设备不包装、不通电，固定在试验台中央，按GB/T2423.5-1995规定进行：脉冲波形：半正弦波峰值加速度：脉冲宽度：试验后设备应无损坏或紧固件松动脱落现象，功能和监测准确度仍符合第5章中电能质量参数的要求。6.2.3 设备安全性能试验6.2.3.1 绝缘电阻试验在表1中的条件下试验，测得设备各电气回路对地和各电气回路之间的绝缘电阻符合表1所示。6.2.3.2 冲击电压试验按4.12.2试验，测得结果符合4.12.2 的要求。6.2.3.3绝缘强度试验按表2试验，测得结果符合表2的要求。6.2.4 设备电磁兼容性能试验6.2.4.1 电快速瞬变脉冲群抗干扰度试验按照GB/T17626.4-1998中规定，并在下述条件下进行：设备的供电电源端口和保护接地的试验电压峰值：2kV；信号输入输出端口、数据和控制端口试验电压峰值：1kV；重复频率5kHz的脉冲群；施加时间10min内等间隔作用3次；试验中、试验后，设备均能正常工作。6.2.4.2 辐射电磁场抗干扰性试验按照GB/T17626.3-1998中规定，并在下述条件下进行：频率范围：；试验强度：；试验中、试验后，设备均能正常工作。6.2.4.3 静电放电抗干扰度试验按照GB/T17626.2-1998中规定，并在下述条件下进行：接触放电；在其外壳和工作人员经常可能触及的部位；试验电压为；正负极性放电各10次，每次放电间隔至少为1s；试验中、试验后，设备均能正常工作。6.3 电能质量参数精确度测试6.3.1 电源频率1) 测试方法：参见DL/T 1028-2006;2) 在参考相与地之间输入额定交流电压，信号频率分别设定为49Hz、50Hz、51Hz，频率测试准确度应满足5.1中的标准。6.3.2 电压幅值1) 测试方法：参见DL/T 1028-2006;2) 测试精度应满足5.2中的标准。