ZT-XB-700 微電腦交流電量測(cè)試儀

　　一、產(chǎn)品簡(jiǎn)介

　　1、交流電量的概述：近年來，隨著我國(guó)電力事業(yè)的迅猛發(fā)展，電力系統(tǒng)的規(guī)模日益擴(kuò)大，以往電能緊缺的問題已經(jīng)逐步解決，但與此同時(shí)，有關(guān)電能質(zhì)量的問題卻日益緊迫地?cái)[在了我們的面前。電能質(zhì)量的問題成為了現(xiàn)在電力行業(yè)面臨的最為緊迫的課題。

　　隨著電力電子技術(shù)廣泛應(yīng)用和電弧爐等沖擊負(fù)荷以及電力機(jī)車等拖動(dòng)負(fù)荷的日益增多，對(duì)于電力行業(yè)來說，要保持滿足用戶要求的電能質(zhì)量變得越來越困難。電力電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上帶來了一系列方便和效益的同時(shí)，也使電網(wǎng)諧波的含量大量增加。電網(wǎng)諧波污染的日益嚴(yán)重，導(dǎo)致了電氣設(shè)備的壽命縮短，網(wǎng)損加大，增加了電網(wǎng)發(fā)生諧振的可能性，使繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置不能正常動(dòng)作或操作，導(dǎo)致儀表指示和電度計(jì)量不準(zhǔn)以及計(jì)算機(jī)和通信受干擾等一系列重要問題。電弧爐等大功率沖擊負(fù)荷除了會(huì)造成嚴(yán)重的諧波污染之外，還是電壓波動(dòng)和閃變的重要原因。電力機(jī)車等大功率的牽引負(fù)荷會(huì)造成三相不平衡。

　　有關(guān)電能質(zhì)量問題的研究已經(jīng)引起了各國(guó)電力工作者的高度重視。我國(guó)開始對(duì)電能質(zhì)量的研究的時(shí)間不長(zhǎng)，但也取得了一定的進(jìn)展，正在向國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)靠攏。國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局相繼頒布了涉及電能

　　質(zhì)量八個(gè)方面的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：

　　《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》GB/T14549－93；

　　《電能質(zhì)量電壓波動(dòng)和閃變》GB/T 12326－2008；

　　《電能質(zhì)量三相電壓不平衡度》GB/T15543－2008；

　　《電能質(zhì)量供電電壓偏差》GB/T12325－2008；

　　《電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率偏差》GB/T15945－2008；

　　《電能質(zhì)量暫時(shí)過電壓和瞬態(tài)過電壓》GB/T18481－2001；

　　《電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備通用要求》GB/T 19862—2005

　　《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)間諧波》GB/T24337－2009。

　　微電腦交流電量測(cè)試儀的要解決面臨的電能質(zhì)量問題，就離不開對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)。電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)分為非在線測(cè)試和在線監(jiān)測(cè)兩種方式，非在線測(cè)試采用電能質(zhì)量分析儀，不定期對(duì)所關(guān)注的某些點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，這種方式投資小、靈活性高。

　　2、主要特點(diǎn)

　　我公司研制的ZT-XB700交流電量分析儀，采用ARM數(shù)據(jù)采集板模式，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力用來完成數(shù)據(jù)的采集與傳輸，核心硬件處于較高水平。手持式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，外形小巧，5英寸真彩液晶顯示屏，圖形顯示更清晰細(xì)膩。采用LINUX嵌入式操作系統(tǒng)作為軟件平臺(tái)，全部軟件采用VC++高級(jí)語(yǔ)言編程，保證了系統(tǒng)的高可靠性和高移植性。ARM數(shù)據(jù)采集部分采用6通道、同步采樣的16位高速A/D轉(zhuǎn)換器，采集精度高，實(shí)測(cè)精度達(dá)到電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)指標(biāo)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

　　大容量的存儲(chǔ)空間，滿足交流電量分析儀對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的要求，可保存一年以上的歷史數(shù)據(jù)掉電不丟失。采用了硬件鎖相環(huán)技術(shù)，頻率自動(dòng)跟蹤，防止了在電力系統(tǒng)頻率變化時(shí)對(duì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)的影響，防止了頻率“泄漏”。通訊接口，裝置內(nèi)置WiFi，通訊速率高達(dá)100Mbps，還配置有USB通訊接口，直接將測(cè)試數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在U盤，可選擇網(wǎng)絡(luò)通訊方式與后臺(tái)軟件交互數(shù)據(jù)。核心硬件采用四層印刷電路板（PCB）工藝和SMT工藝，硬件可靠性和電磁兼容能力達(dá)到優(yōu)先水平，達(dá)到了國(guó)標(biāo)對(duì)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的EMC的要求。在監(jiān)測(cè)功能方面，裝置除具有常規(guī)的電能質(zhì)量穩(wěn)態(tài)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)外，還對(duì)電能質(zhì)量的暫態(tài)擾動(dòng)，主要是電壓的驟升、驟降進(jìn)行監(jiān)測(cè)和記錄，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。本儀器是新型交流電量分析儀產(chǎn)品，提高了設(shè)備運(yùn)行性能及測(cè)量的精確度，增加了彩色屏幕顯示功能。5英寸彩色圖形液晶屏，中文顯示，直觀清晰，同一屏可顯示多組參數(shù)。無論整體在線實(shí)時(shí)分析還是制作電能質(zhì)量評(píng)估報(bào)告等都非常容易。尤其在進(jìn)行電能質(zhì)量評(píng)估分析時(shí)，利用隨機(jī)配置的全中文的評(píng)估分析軟件,可方便地實(shí)現(xiàn)基本的電力參數(shù)和高級(jí)的電能質(zhì)量分析，并能根據(jù)目前國(guó)家執(zhí)行的關(guān)于電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)生成趨勢(shì)曲線和多種報(bào)表。

　　3、主要功能

　　基本測(cè)試指標(biāo)：電網(wǎng)頻率、三相基波電壓、電流有效值，基波有功功率、無功功率、功率因數(shù)、相位等；電壓偏差、頻率偏差、三相電壓不平衡度、三相電流不平衡度、負(fù)序電壓、電流；諧波（2～65次）：包括電壓、電流的總諧波畸變率、各次諧波含有率、幅值、相位。

　　高級(jí)監(jiān)測(cè)指標(biāo)：間諧波、電壓波動(dòng)、閃變，電壓驟升、驟降、短時(shí)中斷、暫時(shí)過電壓、瞬態(tài)過電壓。

　　顯示功能：裝置面板上帶有5英寸彩色液晶顯示屏幕，實(shí)時(shí)顯示電能質(zhì)量測(cè)試指標(biāo)的數(shù)據(jù)。

　　設(shè)置功能：可對(duì)裝置基本參數(shù)、越限參數(shù)進(jìn)行設(shè)置、修改和查看。

　　記錄存儲(chǔ)功能：裝置內(nèi)置FLASH存儲(chǔ)，可對(duì)基本監(jiān)測(cè)指標(biāo)和高級(jí)監(jiān)測(cè)指標(biāo)實(shí)時(shí)保存，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在裝置上最長(zhǎng)保存時(shí)間為一年，之后按“先進(jìn)先出”原則更新。

　　統(tǒng)計(jì)功能：裝置具有對(duì)主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)的在線統(tǒng)計(jì)功能，可統(tǒng)計(jì)10秒、30秒及1分鐘內(nèi)監(jiān)測(cè)指標(biāo)的最大值、最小值、平均值等。

　　實(shí)時(shí)內(nèi)部統(tǒng)計(jì)功能：實(shí)現(xiàn)裝置內(nèi)部的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)功能，同時(shí)存儲(chǔ)最大值、最小值、平均值、瞬時(shí)值。改變了以往設(shè)備只能存儲(chǔ)即時(shí)值的缺陷，使所測(cè)得的數(shù)據(jù)更加真實(shí)有效。超大容量FLASH存儲(chǔ)：采用32G TF存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，單獨(dú)開辟暫態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，暫態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量更大，與穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)互不干擾。

　　4、測(cè)量方法

　?。?）數(shù)據(jù)采集ARM負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，采樣率為25.6KHz，即每周波采樣512點(diǎn)。采用16位、6通道、同步采樣的A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，具有精度高、速度快、同步采樣等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，為防止由于測(cè)量頻率偏差造成測(cè)量數(shù)據(jù)誤差，裝置采用軟硬件結(jié)合的鎖相環(huán)技術(shù)，頻率自動(dòng)跟蹤，實(shí)時(shí)調(diào)整采樣間隔，以防止頻率“泄漏”。

　?。?）電壓偏差：電壓偏差的定義（GB/T12325－2008）′100(%)系統(tǒng)標(biāo)稱電壓實(shí)測(cè)電壓－系統(tǒng)標(biāo)稱電壓電壓偏差（％）＝3〕頻率偏差，頻率偏差的定義（GB/T15945－2008）

　　（3）電壓、電流不平衡度電壓、電流不平衡度的定義指三相電力系統(tǒng)中三相不平衡的程度，用電壓或電流負(fù)序分量與正序分量的方均根值百分比表DF＝F（實(shí)測(cè)）－F（額定）示。電壓或電流不平衡度分別用或I e表示。

　　其中：U1——三相電壓的正序分量方均根值；

　　U2——三相電壓的負(fù)序分量方均根值

　　1I——三相電壓的正序分量方均根值；2I——三相電壓的負(fù)序分量方均根值

　　5、諧波監(jiān)測(cè)：諧波（Harmonic）即對(duì)周期性的變化量進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)分解，得到頻率為大于1的整數(shù)倍基波頻率的分量，它是由電網(wǎng)中非線性負(fù)荷而產(chǎn)生的。裝置對(duì)電壓、電流采樣值進(jìn)行FFT分解，可以得到各次諧波分量，由于采取了頻率自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償，消除了頻率“泄漏”，防止了基波頻率偏離額定值情況下造成的測(cè)量誤差。

　　采樣窗口等的要求應(yīng)滿足IEC 61000-4-30:2003的要求，每次采樣窗口為不重疊的10個(gè)周波，以3秒為一個(gè)基本記錄周期，測(cè)量結(jié)果即分析數(shù)據(jù)為3秒內(nèi)6組等間隔采樣的均方根值

　　6、間諧波監(jiān)測(cè)：間諧波的定義和產(chǎn)生原因問諧波是指非整數(shù)倍基波頻率的諧波，這類諧波可以是離散頻譜的或連續(xù)頻譜的。間諧波的測(cè)量根據(jù)國(guó)標(biāo)《電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備通用要求》的規(guī)定，裝置對(duì)間諧波的測(cè)量采用標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-4-30(7)規(guī)定，即：對(duì)工頻50Hz系統(tǒng)，采樣時(shí)間取10個(gè)周波（200ms）——間諧波的監(jiān)測(cè)取值方法仍依據(jù)GB/T 14549-93針對(duì)諧波的取值方法進(jìn)行，即一個(gè)基本記錄周期為3秒鐘；

　　7、電壓波動(dòng)和閃變電力系統(tǒng)的電壓波動(dòng)和閃變主要是由具有沖擊性功率的負(fù)荷引起的,如變頻調(diào)速裝置、煉鋼電弧爐、電氣化鐵路和軋鋼機(jī)等。這些非線性、不平衡沖擊性負(fù)荷在生產(chǎn)過程中有功和無功功率隨機(jī)或周期性的大幅度變動(dòng),當(dāng)其波動(dòng)電流流過供電線路阻抗時(shí)產(chǎn)生變動(dòng)的壓降,導(dǎo)致同一電網(wǎng)上其它

　　微電腦交流電量測(cè)試儀這種電壓幅值在一定范圍內(nèi)(通常為額定值的90%～110%)有規(guī)律或隨機(jī)地變化,稱為電壓波動(dòng)。電壓波動(dòng)通常會(huì)引起許多電工設(shè)備不能正常工作,如影響電視畫面質(zhì)量、使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速脈動(dòng)、使電子儀器工作失常、使白熾燈光發(fā)生閃爍等等。由于一般用電設(shè)備對(duì)電壓波動(dòng)的敏感度遠(yuǎn)低于白熾燈,為此,選擇人對(duì)白熾燈照度波動(dòng)的主觀視感,即“閃變”,作為衡量電壓波動(dòng)危害程度的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

　　電壓波動(dòng)

　　電壓波動(dòng)(D V)為一系列電壓變動(dòng)或工頻電壓包絡(luò)線的周期性變化。電壓波動(dòng)值為電壓均方根值的兩個(gè)相鄰的極值之差、常以其額定電壓UN的百分?jǐn)?shù)表示其相對(duì)百分值，即max min DV=(U-U)/UN*100%按國(guó)標(biāo)要求每10分鐘保存一個(gè)電壓波動(dòng)記錄，取10分鐘內(nèi)電壓波動(dòng)的最大值連同該10分鐘時(shí)間段結(jié)束的時(shí)刻構(gòu)成一條完整的電壓波動(dòng)記錄；閃變電壓閃變的衡量指標(biāo)主要短時(shí)間閃變嚴(yán)重度Pst和長(zhǎng)時(shí)間閃變嚴(yán)重度Plt，分別定義為：0.1 1 3 10 50 Pst=0.0314P+0.0525P+0.0657P+0.28P+0.08P式中P0.1,P1,P3,P10,P50分別為瞬時(shí)閃變視感度S(t)超過0.1%,1%,3%,10%,50%時(shí)間比的Pk值。S(t)：瞬時(shí)閃變視感度，閃變強(qiáng)弱的瞬時(shí)值隨時(shí)間變化的一系列值。Pk：某一瞬時(shí)視感度S(t)值在整個(gè)檢測(cè)時(shí)間段內(nèi)所占比313,1?==Nklt Pst k NP式中Pst,k:為第k次所測(cè)量的Pst值N:2小時(shí)每隔10分鐘所測(cè)的Pst值的個(gè)數(shù)。由于閃變涉及較多概念，有必要對(duì)這些概念做一簡(jiǎn)述。

　?、匍W變覺察律F(％)“閃變”作為電壓波動(dòng)引起的人眼對(duì)燈閃的主觀感受，不僅與電壓波動(dòng)的大小有關(guān)，還與波動(dòng)的頻率、波形、燈具的性能和人的視感等因素有關(guān)。為描述閃變對(duì)人視覺的影響程度，IEC推薦采用不同波形、頻度、幅值的調(diào)幅波及工頻電壓作為載波向工頻230V、60W白熾燈供電照明。經(jīng)觀察者抽樣(>500人)調(diào)查，閃變覺察律F(％)的統(tǒng)計(jì)公式為：

　　F=(C+D)/(A+B+C+D)×l00％式中A——沒有覺察的人數(shù)；B——略有覺察的人數(shù)；C——有明顯覺察的人數(shù)；D——不能忍受的人數(shù)

　?、谒矔r(shí)視感度st

　　電壓波動(dòng)引起照度波動(dòng)對(duì)人的主觀視覺反應(yīng)稱為瞬時(shí)閃變視感度st。通常以閃變覺察率為50%，作為瞬時(shí)閃變視感度的衡量單位，即定義為st＝1覺察單位。與st＝1覺察單位相對(duì)應(yīng)的各頻率電壓波動(dòng)值D V％，是研究閃變的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

　?、垡暩卸认禂?shù)Kf

　　人腦神經(jīng)對(duì)照度變化需要有醉低的記憶時(shí)間，高于某一頻率的照度波動(dòng)普通人便覺察不到，閃變是經(jīng)過燈一眼一腦環(huán)節(jié)反映人對(duì)照度的主觀視感，引入視感度系數(shù)Kf可以更為本質(zhì)地描述燈一眼一腦環(huán)節(jié)的頻率特性。IEC推薦的視感度系數(shù)是：Kf＝產(chǎn)生同樣視感度的8.8Hz正弦電壓波動(dòng)／產(chǎn)生同樣視感度的f Hz正弦電壓波動(dòng)

　?、芏虝r(shí)間閃變嚴(yán)重度Pst和長(zhǎng)時(shí)間閃變嚴(yán)重度Plt對(duì)于電弧爐等隨機(jī)變化負(fù)荷的電壓波動(dòng)，不僅要檢查其最大電壓波動(dòng)，還要在足夠長(zhǎng)時(shí)間觀察

　　電壓波動(dòng)的統(tǒng)計(jì)特件。Pst（統(tǒng)計(jì)時(shí)間為10min）是描述短時(shí)間閃變的統(tǒng)計(jì)值，Plt（統(tǒng)計(jì)時(shí)間為2h）為描述長(zhǎng)時(shí)間閃變的統(tǒng)計(jì)值。按國(guó)標(biāo)要求，短時(shí)閃變的一個(gè)記錄周期為10分鐘，長(zhǎng)時(shí)閃變?yōu)?小時(shí)。8〕暫態(tài)擾動(dòng)的監(jiān)測(cè)

　　暫態(tài)擾動(dòng)包括暫態(tài)過電壓、電壓驟降、瞬態(tài)過電壓以及電壓短時(shí)中斷問題。電壓驟降是指工頻條件下電壓均方根值減小到10％至90％，持續(xù)時(shí)間為10ms至1min的短時(shí)間電壓波動(dòng)現(xiàn)象。電壓暫升在電力系統(tǒng)某一點(diǎn)的電壓突然驟然到1.1～1.8p.u，持續(xù)時(shí)間通常在10ms～1min。電壓短時(shí)中段是指供電電壓消失一段時(shí)間(電壓降到0.1p.u.以下)，一般不超過幾分鐘。短時(shí)中斷可以認(rèn)為是100%幅值的電壓暫降。暫態(tài)過電壓是指在給定安裝點(diǎn)上持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的不衰減或弱衰減的（以工頻或其一定的倍數(shù)、分?jǐn)?shù)）振蕩的過電壓。瞬態(tài)過電壓是指持續(xù)時(shí)間數(shù)毫秒或更短，通常帶有強(qiáng)阻尼的振蕩或非振蕩的一種過電壓。它可以疊加于暫時(shí)過電壓上。錄波長(zhǎng)度可整定，觸發(fā)前不少于5個(gè)周波，觸發(fā)后不少于5個(gè)周波。

　　5、主要技術(shù)指標(biāo)

　?。?）基波電壓誤叉：±0.2%

　　電壓偏差誤叉：±0.2%

　?。?）基波電流誤叉：±0.5%

　?。?）頻率偏差誤叉：±0.01Hz

　　頻率測(cè)量范圍：45Hz～55Hz

　?。?）三相電壓不平衡度：電壓不平衡度絕對(duì)誤叉0.2%，電流不平衡度絕對(duì)誤差1％，電壓、電流各序分量0.5%。

　?。?）電壓波動(dòng)測(cè)量誤差：±5%閃變測(cè)量誤差：±5%

　　（6）諧波準(zhǔn)確度：級(jí)別被測(cè)量條件最大允許誤差相角誤差A(yù)電壓Uh≥1%UN 5%Uh≤±5°、Uh＜1%UN 0.05%UN或h×±1。電流Ih≥3％IN 5%Ih≤±5°，Ih＜3％IN 0.15%IN或h×±1。表中1．Un為標(biāo)稱電壓，Uh為諧波電壓測(cè)量量；In為額定電流，Ih為諧波電流測(cè)量量。

　　6、儀器頻率測(cè)量范圍為0～2500Hz，用于較精確的測(cè)量，儀器的相角測(cè)量誤差小，于等于±5°或±1×h°。

　　（1）間諧波：要求同諧波；

　　7、電氣性能及其它技術(shù)指標(biāo)

　?。?）工作電源（內(nèi)置4400mAh電池）交流：220V±10%；50Hz±0.5Hz；諧波畸變率不大于15％

　?。?）電流信號(hào)輸入

　　額定值In：5A、100A/600A/6000A（可選配柔性探頭）；

　　測(cè)量范圍：AC 10mA～6A、10mA～6000A（可選配柔性探頭）；

　　功率消耗：不大于0.5VA/路；

　　過載能力：1.2In連續(xù)工作；2In允許1s。

　?。?）電壓信號(hào)輸入

　　額定值Un：57.7V/100V、220V/380V、400V/690V；

　　測(cè)量范圍：AC 0.5V～800V；

　　功率消耗：不大于0.5VA/路；

　　過載能力：1.3Un連續(xù)工作；Un允許1s。