我的博客 电能质量分析仪,谐波分析仪,谐波测试仪,集成电路测试仪,电路板故障检测仪httpL://www.art18.net

电能质量分析仪传统的电能质量标准都是针对供电系统稳定性方面的要求而制定的,凶手1990~2000年我国国家质量技术监督局颁布的5个电能质量方面的国家标准都属于这种情况.传统的电能质量概念强调的是电能的稳定特征,而不注重其暂态或瞬态的特征,对电能质量的控制也主要是依赖对供电电压的调整和提供对无功的支持.

谐波分析仪随着现代全球高新技术的迅猛发展,适应形势必需求的相关电能质量标准正不断建立和完善,我国2011年也已正式颁布了新的国家标准GB/T 18481-2001《电力系统暂时过电压和瞬态过电压》.该标准对电力系统过电压的基本概念,标准内容.条文说明及一些建议都做了详细的规定和说明.

谐波测试仪新型用电设备对供电可靠性和电能质量提出了更高的要求.在电压暂态性能方面,敏感的数字化用电设备对几个周波内的供电中断和电压下陷都要受到影响和损失.因此,现代电能质量的标准已经不能靠一个或几个行业来决定,而应以满足用户对电能质量的需求作为评估标准,并适应不同层次对电能质量的不同需求.这应该是一个分层次的电能质量标准.

国际上发达国家普遍认为,电压幅值低于0.1p.u.(标幺值)或大于0.5个周波的电压中断,对敏感用户都属于断电故障,而这样的速度对传统的自动重合闸和备用电源自投装置都是不能胜任的.此外,电压下跌越来越成为严重的电能质量问题,IEEE出于对大型计算机电能质量的要求,采纳了美国信息技术工业协会ITIC电压容限曲线及相关的国种典型电压扰动,防止电压扰动造成计算机及控制系统误动和损坏,已将ITIC电压容限曲线作为IEEE STD446-1980国际标准的组成部分.IEEE第22委员会和其他国际委员会最近推荐采用11种专用术语来说明电能质量中的主要扰动,题目分别是:断电,频率,偏差,电压暂降,电压上升,瞬时脉冲,电压波动,电压切痕和波形畸变.同时,IEEE对现代供电系统中典型的电磁现象进行了特征分类,将电磁暂态现象分为:瞬时,短时和长期的电压变动三大类,在此基础上又进一步细分出18个子类,其中尤以电压中断和陷落为大家所关注.这些问题往往是由于电力线路受到雷击,或对地放电,或受到外力破坏等原因引起,致使保护动作跳闸,失电后又重全闸等原因而产生的.由于这种暂态的电压变化现象严重影响了敏感和严格用电负荷的正常运行,因而已成为现代电能质量的主要问题之一.

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1. 电压互感器的误差

电能质量分析仪电压互感器的误差减小,要尽量降低其绕组电阻,减小绕组漏抗,工作在欠额定负荷条件下,同时电压互感器工作的磁通密度要选得较低,才能具有较好的频率特性.武汉高压研究所的试验表明,标准的电压互感器工作于60Hz,90%~110%的额定电压,波形畸变率达到8%的条件下,变比修正系数的误差小于5%,相角特性在小于4kHz的整个频率范围内基本上是线性的，在3~3.5kHz频率段，典型的相角误差为10摄氏度.

2. 电流互感器的误差

谐波分析仪由于电流互感器工作时相当于短路运行状态,工作磁通密度较低,同时一般选用的铁心材料为冷轧硅钢片或铁莫合金,性能较好,在正常使用条件下离磁饱和区较远,因此频率特性较好,能比较准确地反映波形畸变的实际情况.但要保证电流互感器的精度,二次负载的容量要低于电流互感器的额定容量.

3. 电流传感器的误差

谐波测试仪电能质量测试系统通过电压互感器和传感器输入信号,一般应将电流互感器信号隔离转换成电压信号测量.在我国,大多数的电流互感器二次额定电流为5A,因此一般可采用KT5A/P磁平衡式电流传感器实现5A/5V信号转换与隔离.KT5A/P磁平衡式电流传感器的技术指标在小于3.0kHz范围内能满足较高精度的测量要求。

4．抗混叠滤波器的误差

电能质量测试系统的抗混叠滤波器一定要设计合理,一般分析至50×50Hz,若每周期采样128点,则要求抗混叠滤波器在大于78×50Hz时,幅值应衰减到20%以下.在50×50Hz以下,则幅频特性应平坦.特别是15×50Hz以下,就更加平坦(±0.5%).

为能准确计算电路参数,仪器生产厂家应提供所设计的有源滤波器的幅频特性和相频特性技术数据.

5.频率自动跟踪

电网频率一般在50±0.5Hz范围内变化,要准确分析波形畸变,采样频率应准确跟踪系统频率变化,在一个信号周期内以准确采样128点,否则分析将产生较大的误差.理论计算表明,频率跟踪误差应小于0.01Hz,才能使误差在允许范围内(畸变率精确到0.1%).

实践证明,采用硬件法实现频率准确跟踪很困难,而采用非整周期采样点数FFT算法则比较准确,可使泄漏误差减小到允许范围以内.

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电能质量分析仪当配电系统非线性用电负荷比重较大,并联电容器组投入时,一方面由于电容器组的谐波阻抗小,注入电容器组的谐波电流大,使电容器过负荷而严重影响其他使用寿命在旦夕,另一方面当电容器组的谐波容抗与系统等效谐波感相等而发生谐振时,引起电容器谐波电流严重放大使用电容器过热而导致损坏,因此,电压谐波和电流谐波超标,都会使电容器的工作电流增大使电容器过热而导致损坏.因此,电压谐波和电流谐波超标,都会使电容器的工作电流增大和出现异常,例如,对于常用自愈式并联电容器,其允许过电流倍数是1.3倍额定电流,当电容器的电流超过这一限值时,将会造成电容器的损耗增加,发热异常,绝缘加速老化而导致使用寿命降低,甚至造成损坏事故.同时,谐波使工频正弦波形发生畸变,产生锯齿状尖顶波,易在绝缘介质中引发局部放电,长时间的局部放电也会加速绝缘介质的老化,自愈性能下降,而容易导致电容器损坏.

谐波分析仪例如,常州地区某110kV变电站10kV母线上的电容器多次发生原因不明的过电流保护动作，电容器开关跳闸，时间大多在早峰或晚峰用电期间,有几次发生伴有主变压器后备保护复合电压过流保护发信号,甚至还发生了10kV I II段母线上的两台电容器同时跳闸的特例，经检查电容器和过流保护装置均正常,通过分析与监测确认跳闸原因是由于谐波干扰引起的.高次谐波对电容器安全运行的威胁很大,除能造成电容器的过电流,过电压外,还会增加其附加损耗,使电解质加速变化,从而纷乱其绝缘寿命,严重的还会使电容器成批损坏,故必须予以充分注意.针对上述电容器频繁跳闸情况,采取了以下措施:对35kV及10kV的大用户进行了排查。针对上述电容器频繁跳闸情况，采取了以下措施：对35kV及10kV的大用户进行了排查,对110kV变电站进行定期的波形测试，并分析其多次谐波相对基波的百分值.按照电力系统谐波管理规定,电网中任何一点电压正弦波的畸变率(各次谐波电压有效值的均方根值与基波电压有效值的百分比),均不得超过规定谐波测试仪.

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电能质量分析仪目前,已能够利用小波变换法进行电能质量的评估,电磁暂态波形的分析和电力系统扰动建模等电能质量问题的研究和分析,并取得了较好的成效.

谐波分析仪对信号的分析,傅立叶变换法具有正交,完备等许多优点,而且具有象FFT这样的快速Fourier计算法,因此已在电能质量分析领域中得到广泛的应用.但在运用FFT时,必须满足两个条件:其一,满足采样定理的要求,即采样频率必须大于最高信号频率的两倍;其二,被分析的波形必须是稳态的,随时间周期变化的.当采样频率或信号不能满足这两个条件时,会出现”旁瓣”和”频率泄漏”现象,造成分析结果的误差.此外,由于FFT变换是对整个时间段的积分,时间信息得不到充分利用,信号的任何突变方法,即将不平稳的过程看成是一系列短时平衡过程的集合,将Fourier变换用于不平衡信号的分析.由于实际多尺度过程的分析要求时一频窗口则固定不变.因此,它只适合于分析特征尺度大致相同的过程,不适合分析多尺度过程和突变过程.而且这种方法的离散形式没有正交展开,不能实现高效运算.

谐波测试仪由于小波变换具有时一频局部化的特点,克服了FFT和STFT的弊端,特别适合于突变信号和不平衡信号的分析.小波变换作为一种新的数字技术被引入工程应用后,已在图像处理,数据压缩和信号分析等领域得到广泛的推广应用.由于小波函数本身衰减很快,也属于一种暂态波形,将其应用于电能质量分析领域,具有了FFT和STFT所无法比拟的优点.

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1.低压供电系统存在的问题

电能质量分析仪根据事先对高精度仪器安装大楼现场的电源质量测试，该大楼内的低压供电系统存在电能质量污染的问题.这是由于该大楼内的硅钼棒高温电炉，热震稳定性电路等晶闸管设备运行时引起低压电网电压瞬间的凹陷,尖峰和振荡,其瞬变幅值可达到200V,A相电压谐波总畸变率高达11.2%,B相,C相的电压谐波总畸变率也分别为7.1%和6.5%,严重影响接入同一低压系统下的精密科研仪器的正常工作及寿命,使该低压供电系统供电的三台由德国进口的高精度科研仪器实验数据不准,不能完成正常的科研工作.

2.低压供电系统的治理方案

谐波分析仪目前,对谐波治理一般采用无源滤波器可以获得比较好的滤波效果,而对电网电压瞬间的凹陷,尖峰和振荡尚无有效的无源器件来加以隔离,当然这些干扰对一般民用或工业用电影响不大,而对于高精度的科研仪器则是不允许的.为此,采用了有源器件-交流-直流-交流-交流变换,逆变器在线,抗尖峰冲击,零转换时间及输出特性好的双变换真在线式UPS对上述电网干扰进行输入/输出的完全隔离,以保证即使在UPS输入端电网电压,电流受到严重干扰甚至短时间断电的情况下,UPS输出端的电压,电流仍然不爱影响,保证这些高精度科研仪器的正常使用.

3.治理后达到的技术指标

(1)宽输入电压范围:120~276V(AC)(33%负荷条件下)
(2)输出电压范围:220V(AC±)
(3)谐波失真度:THD<3%(线性负载),THD<5%(非线性负载)
(4)输出电压无瞬间的凹陷,尖峰和振荡,向负荷提供纯净的50Hz正弦波电源.
(5)备用电池时间不小于5min

谐波测试仪对设备安装大楼的电源质量治理后,经现场测试,试验,证明电能质量的治理效果明显,已满足了高精度科研仪器正常应用的条件.

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