1. 測(cè)量任務(wù)

測(cè)量電網(wǎng)電能質(zhì)量首先要選擇合適的測(cè)量?jī)x器，明確測(cè)量任務(wù)、電網(wǎng)條件和互感器接線情況。測(cè)量項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的頻率和幅值范圍見圖1。

圖1.　測(cè)量頻率和幅值范圍

諧波和中間諧波的測(cè)量頻率范圍在50Hz~2kHz之間，有時(shí)達(dá)到2.5kHz。高于2.5kHz的頻率目前標(biāo)準(zhǔn)沒有規(guī)定。諧波電壓的幅值最大約為10%電網(wǎng)額定電壓，而諧波電流值有時(shí)達(dá)到或者超過額定電流值。

如果出現(xiàn)頻率小于50Hz的諧波，稱為分?jǐn)?shù)次諧波，即在0Hz~50Hz之間，幅值范圍和諧波電壓相同，而諧波電流則小于額定電流。

閃變的變化范圍在>0Hz~35Hz之間，電壓幅值約為額定電壓的4%以下。

電壓波動(dòng)是變量，頻率基本不變，其幅值一般在幾個(gè)百分?jǐn)?shù)。

電壓不對(duì)稱在幾個(gè)百分比之間變化。上述百分比均為與電網(wǎng)額定電壓的百分比。

表1 測(cè)量值

2. 測(cè)量過程和掃描頻率

目前主要使用數(shù)字式測(cè)量?jī)x器，測(cè)量精度取決于模數(shù)轉(zhuǎn)換的幅值分解和掃描頻率、通道數(shù)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。數(shù)字測(cè)量?jī)x器可以將測(cè)量值按12、14甚至16Bit進(jìn)行分解。輸入量分解為2.048，8.192，32.768等級(jí)，測(cè)量值標(biāo)記使用1個(gè)Bit。掃描頻率采用Shannon掃描理論，即掃描頻率至少為2倍的被測(cè)量信號(hào)的頻率，實(shí)際可以達(dá)到3~4倍。儀器至少可以分析到40次諧波，50Hz電網(wǎng)掃描頻率至少為8kHz，60Hz電網(wǎng)掃描頻率至少為9.6kHz。如果儀器有多個(gè)通道，則每個(gè)通道的掃描頻率必須相同。諧波測(cè)量時(shí)測(cè)量信號(hào)的基波頻率需要與掃描頻率同步化。為此設(shè)置PLL電路用于產(chǎn)生掃描和控制頻率。注意此處并沒有時(shí)間的概念，因?yàn)閽呙桀l率是電網(wǎng)頻率的多倍。測(cè)量后的準(zhǔn)確配置需要附加電路。

3. 測(cè)量準(zhǔn)確度要求

電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了對(duì)諧波分析儀器的具體要求，傅立葉級(jí)數(shù)的分析周期(即時(shí)間)必須與測(cè)量目的相吻合。具體要求見表2。

表2 諧波測(cè)量推薦分析周期

A級(jí)儀表用于實(shí)驗(yàn)室，B級(jí)用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。儀器測(cè)量誤差角度小于+/-5º，或者小于h1º，h為諧波次數(shù)。見圖2。

圖2 諧波測(cè)量的準(zhǔn)確度要求

4. 電流電壓互感器

測(cè)量系統(tǒng)必須根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中準(zhǔn)確度要求確定頻率和幅值范圍。一個(gè)完整的測(cè)量系統(tǒng)包括電流電壓互感器，中間互感器，計(jì)算和計(jì)值部分，見圖3。只有儀器的參數(shù)設(shè)定符合標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的參數(shù)，測(cè)量結(jié)果才具有重現(xiàn)性和可比較性。

-- 低壓

低壓系統(tǒng)的電流電壓互感器比較好配置，例如電流測(cè)量鉗和帶電壓輸出的電流測(cè)量鉗，以及Rogowski線圈都可以使用。幅值誤差小于1.5%，角度誤差小于15º。

-- 中壓

電壓互感器在1kHz以下的測(cè)量誤差小于5%，至700Hz角度誤差小于5º。電流互感器在1.5kHz以下基本可以保證測(cè)量精度。

-- 高壓

電壓互感器在500Hz以下的測(cè)量誤差小于5%。電流互感器在整個(gè)諧波范圍內(nèi)適于測(cè)量。如果需要準(zhǔn)確的測(cè)量電壓，需要使用電阻分壓器(Un<1kV)或者電容分壓器(Un>1kV)。

圖3 測(cè)量系統(tǒng)的基本構(gòu)成

5. 測(cè)量接線

測(cè)量地點(diǎn)與電流電壓互感器的安裝地點(diǎn)有關(guān)。在低壓電網(wǎng)中不需電壓互感器，直接測(cè)量?？梢酝ㄟ^儀器自帶的測(cè)量鉗測(cè)量電流，也可以從電流互感器二次引出電流信號(hào)，但接線比較費(fèi)事，推薦使用測(cè)量鉗。低壓電網(wǎng)有時(shí)作為TN電網(wǎng)運(yùn)行，相電壓和線電流直接對(duì)應(yīng)。因此可在諧波范圍內(nèi)測(cè)量功率。對(duì)于閃變測(cè)量由于相線和地線之間接有照明燈具同樣適用。

中壓和高壓電網(wǎng)測(cè)量只能通過電流互感器和電壓互感器或者分壓器，應(yīng)考慮互感器傳遞函數(shù)對(duì)測(cè)量的影響，特別是測(cè)量諧波和中間諧波，而對(duì)于閃變測(cè)量基本沒有問題。中壓電網(wǎng)用三臺(tái)互感器測(cè)量的誤差相對(duì)較低，而使用2個(gè)互感器則會(huì)出現(xiàn)誤差。圖4 表示互感器的接線。

2個(gè)電流互感器采用2相差接線，也可以等效為3個(gè)互感器。測(cè)量諧波功率時(shí)必須測(cè)量相/地電壓。有時(shí)需要通過相/地電壓造一個(gè)人工中性點(diǎn)。此時(shí)需注意，因?yàn)樾纬闪肆阈蛳到y(tǒng)，不能測(cè)量3的倍數(shù)次諧波。另外，相對(duì)地電壓只有在忽略零序系統(tǒng)時(shí)才可以根據(jù)線電壓確定。

因?yàn)橹袎弘娋W(wǎng)為線電壓，比較適合測(cè)量閃變。中壓電網(wǎng)的電壓互感器的接線方式不適合測(cè)量線對(duì)地電壓。

注意：有些中壓和低壓電網(wǎng)的互感器接線不適合測(cè)量電網(wǎng)干擾。

圖4 中壓電網(wǎng)互感器的接線

6. 測(cè)量輸入

本文所描述的方式假定在三相系統(tǒng)中進(jìn)行測(cè)量，因此必須有3個(gè)電流互感器和3個(gè)電壓互感器。如果低壓系統(tǒng)為3相4線制，測(cè)量?jī)x器必須具有零線輸入端口。

測(cè)量?jī)x器必須具有信號(hào)轉(zhuǎn)換特性，要求見表3。

測(cè)量?jī)x器采用的計(jì)算和分析方法必須和標(biāo)準(zhǔn)要求一致。一般用戶不會(huì)研究測(cè)量?jī)x器的內(nèi)部工作原理，并確定測(cè)量?jī)x器的適用性。

儀器本身應(yīng)該注明適用的標(biāo)準(zhǔn)。

表3

7. 測(cè)量輸出

測(cè)量?jī)x器的測(cè)量數(shù)據(jù)必須以便于觀察的形式輸出，以便進(jìn)一步分析。例如諧波測(cè)量，需要分析0-40次的3相諧波電壓和電流。每分鐘有一個(gè)160ms的掃描窗口。如果連續(xù)測(cè)量一周，則諧波幅值的數(shù)據(jù)量超過145個(gè)百萬。數(shù)據(jù)流必須通過測(cè)量系統(tǒng)處理和表示。測(cè)量數(shù)據(jù)的綜合見表4。

表 4

在電網(wǎng)干擾范圍，測(cè)量的所有參數(shù)和時(shí)間順序必須可以按概率表示。是按95%概率還是按99%概率，可以任意選擇。另外必須測(cè)量完整的負(fù)荷周期，才能取得全面數(shù)據(jù)。如果不明確典型的負(fù)荷周期，則可以任意確定測(cè)量時(shí)間和分析時(shí)間段。

相對(duì)概率給出在整個(gè)測(cè)量期間有多少測(cè)量值處在定義的幅值范圍內(nèi)。由此將眾多測(cè)量數(shù)據(jù)按簡(jiǎn)單的方式表現(xiàn)。但是此種表示方法不再具有時(shí)間的概念。

相對(duì)總概率由各個(gè)相對(duì)概率綜合而成，大于或者小于單個(gè)概率的幅值。相對(duì)總概率表示總測(cè)量值大于定義值的百分比。分析電網(wǎng)干擾通常采用95%概率值。

需注意，95%總概率雖然與標(biāo)準(zhǔn)吻合，但是如果沒有附加說明有時(shí)會(huì)導(dǎo)致不明晰。盡管都是95%概率分配，但是在不同時(shí)間段會(huì)出現(xiàn)差異。除了按概率表示外，還可以按時(shí)間表示，例如大型負(fù)荷的投入，或者電網(wǎng)改變接線方式時(shí)。有時(shí)并不需要將所有測(cè)量段都進(jìn)行處理，僅顯示幾個(gè)特征段即可。標(biāo)準(zhǔn)中給出了不同間隔的數(shù)據(jù)壓縮，見表5。

將數(shù)據(jù)綜合處理和顯示可以對(duì)整個(gè)測(cè)量結(jié)果有直觀的掌握。

表 5

圖5 一周內(nèi)5次諧波的相對(duì)總概率

8. 測(cè)量?jī)x器的選擇

測(cè)量電網(wǎng)干擾或者研究電能質(zhì)量通常需要研究干擾量的各種坐標(biāo)，具有諧波分析和示波功能的組合儀器比較適用?，F(xiàn)代測(cè)量?jī)x器可以滿足各種要求。表6 列出了測(cè)量?jī)x器的主要功能。

表6

9. 實(shí)際測(cè)量

電能質(zhì)量的測(cè)量除了選擇合適的儀器外，還要明確測(cè)量的目的，例如：

-- 分析某種干擾現(xiàn)象;

-- 測(cè)量電能質(zhì)量現(xiàn)狀;

-- 新用戶的干擾發(fā)射允許值測(cè)量。

在分析研究時(shí)需要標(biāo)明儀器、設(shè)備和電網(wǎng)的數(shù)據(jù)，使用標(biāo)準(zhǔn)格式的表格進(jìn)行匯總，見表7。

應(yīng)該盡可能全面的收集數(shù)據(jù)表中列出的項(xiàng)目。測(cè)量時(shí)注明地點(diǎn)，時(shí)間，測(cè)量人員等。接好測(cè)量?jī)x器后首先校對(duì)相位和基準(zhǔn)時(shí)間，日期。有時(shí)需要注明變壓器調(diào)壓接頭的位置。大型負(fù)荷的運(yùn)行情況。

測(cè)量結(jié)束后應(yīng)確認(rèn)，測(cè)量項(xiàng)目是否完整，有些數(shù)據(jù)可以現(xiàn)場(chǎng)顯示。

注意，一次有效的測(cè)量必須包括所有必要的電網(wǎng)參數(shù)和運(yùn)行條件。

表7