电能质量在线监测装置能测哪些核心电能质量参数？

电能质量在线监测装置的核心功能是全面捕捉电网 / 用电侧的电能质量异常，其监测参数需覆盖《电能质量 公用电网谐波》（GB/T 14549）、《电能质量 电压暂降与短时中断》（GB/T 30137）等国标及 IEC 61000 系列国际标准，可分为稳态电能质量参数、暂态电能质量参数、功率与能耗参数三大类。以下是具体核心参数的分类解析，含监测意义、标准依据及典型应用场景：

一、稳态电能质量参数（长期持续存在的电能质量特征）

稳态参数反映电网长期运行的稳定性，是日常监测与治理的基础，核心包括电压 / 电流有效值、频率、谐波、三相不平衡等：

1. 电压 / 电流有效值与偏差

监测内容：

有效值：实时测量三相 / 单相电压（如 AC 220V/380V/10kV）、电流（如 0-5A/0-1A CT 二次侧）的均方根值（RMS），采样间隔≤100ms；

电压偏差：计算实际电压与额定电压的差值百分比，公式：电压偏差=(实测电压-额定电压)/额定电压×100%。

标准依据：《电能质量 供电电压偏差》（GB/T 12325-2008），要求 220V 用户电压偏差 ±7%，380V 用户 ±7%，10kV 用户 ±5%。

应用场景：判断电网供电稳定性，如光伏 / 风电并网时的电压波动是否超标，工业车间电压偏低导致电机转矩不足。

2. 电网频率与偏差

监测内容：

频率：实时测量电网工频频率（我国 50Hz），精度≤±0.001Hz（A 级装置）；

频率偏差：计算实际频率与额定频率（50Hz）的差值，公式：频率偏差=实测频率-50。

标准依据：《电能质量 电力系统频率偏差》（GB/T 15945-2008），要求正常运行时频率偏差≤±0.2Hz，事故时≤±0.5Hz。

应用场景：电网调度（如风电出力骤降导致频率偏低时，触发机组调频），精密设备（如半导体光刻机对频率稳定性要求极高）。

3. 谐波与间谐波

监测内容：

谐波：分析 2-50 次（A 级装置支持 150 次）整数次谐波的幅值、相位、含有率（HRn）及总畸变率（THD），公式：THD=√(H2²+H3²+…+Hn²)/H1×100%（H1 为基波幅值）；

间谐波：分析 0.1-99.9 次非整数次谐波（如 100.5Hz、125.2Hz），捕捉逆变器、电弧炉等非线性负载产生的高频干扰。

标准依据：《电能质量 公用电网谐波》（GB/T 14549-1993），要求 3 次谐波≤4%、5 次≤6%、7 次≤5%，总 THD≤8%（低压系统）。

应用场景：新能源场站（光伏逆变器产生的 3/5 次谐波治理）、工业车间（变频器导致的间谐波干扰电机运行）。

4. 三相电压 / 电流不平衡

监测内容：

不平衡度：按 GB/T 15543 计算 “负序不平衡度（U2%/I2%）” 和 “零序不平衡度（U0%/I0%）”，核心指标为负序电压不平衡度≤2%（正常运行）；

序分量：分解电压 / 电流的正序、负序、零序分量，定位不平衡源（如某相负载过重）。

标准依据：《电能质量 三相电压不平衡》（GB/T 15543-2008）。

应用场景：工业厂房（三相电机负载不均导致的不平衡，引发电机过热）、台区电网（单相居民负载集中导致的三相不平衡）。

5. 电压波动与闪变

监测内容：

电压波动：测量电压幅值的连续变化范围（如 380V→370V→380V），计算波动幅度（ΔU%）；

电压闪变：基于 IEC 61000-4-15 标准，计算短时闪变值（Pst，10 分钟统计）和长时闪变值（Plt，2 小时统计），反映电压波动对人眼视觉的影响。

标准依据：《电能质量 电压波动和闪变》（GB/T 12326-2008），要求 Pst≤1、Plt≤0.8（公共连接点）。

应用场景：电弧炉、轧机等冲击性负载（导致电压波动与闪变，影响照明稳定性），光伏电站（云层遮挡导致的功率波动引发闪变）。

6. 直流分量

监测内容：测量交流系统中的直流电流 / 电压分量（如光伏逆变器故障产生的直流电流），精度≤0.5%。

监测意义：直流分量会导致变压器磁饱和、铁芯过热，甚至烧毁设备，是新能源场站重点监测指标。

应用场景：光伏并网侧（逆变器 MPPT 算法异常导致直流分量超标）、储能系统（充放电控制器故障产生直流泄漏）。

二、暂态电能质量参数（短时突发的电能质量异常）

暂态参数反映电网突发故障或负载突变导致的短时异常，核心包括电压暂降、暂升、中断及脉冲暂态，需 “毫秒级捕捉 + 完整波形记录”：

1. 电压暂降（Sag）

监测内容：

定义：电压幅值降至额定值的 10%-90%，持续时间 10ms-1min；

关键参数：暂降起始时刻（±1ms）、最低幅值（如 380V→300V）、持续时间（如 200ms），并记录前后 20 周波的 COMTRADE 格式波形。

标准依据：《电能质量 电压暂降与短时中断》（GB/T 30137-2013），按幅值分为 A（70%-90%）、B（50%-70%）、C（30%-50%）、D（<30%）四级。

应用场景：电机启动、线路短路（导致暂降，触发工业设备停机），风电场（变流器切入导致的暂降）。

2. 电压暂升（Swell）

监测内容：

定义：电压幅值升至额定值的 110%-180%，持续时间 10ms-1min；

关键参数：暂升起始时刻、最高幅值（如 220V→250V）、持续时间，记录完整波形。

监测意义：暂升易导致半导体元件（IGBT、二极管）击穿，损坏变频器、PLC 等电子设备。

应用场景：电容补偿柜投切（无功过剩导致暂升）、新能源场站（出力骤升导致并网电压暂升）。

3. 电压中断（Interrupt）

监测内容：

定义：电压幅值降至额定值的 10% 以下，持续时间 10ms-1min（短时中断）或 > 1min（长时中断）；

关键参数：中断起始 / 恢复时刻、持续时间，记录中断前后的电流变化（判断是否为短路导致）。

应用场景：电网故障跳闸（导致工厂生产线中断）、配网检修（计划性中断，需监测恢复瞬间的电压冲击）。

4. 脉冲暂态（Impulse Transient）

监测内容：

定义：电压 / 电流的瞬时尖峰或凹陷（如雷击、开关操作产生的高频脉冲），持续时间 0.1μs-10ms；

关键参数：脉冲峰值（如 220V→500V）、上升时间（如 1μs）、脉冲宽度（如 5μs），需高采样率（≥1MHz）捕捉。

应用场景：变电站（雷击导致的脉冲暂态损坏避雷器）、户外光伏电站（雷雨天气的脉冲干扰）。

三、功率与能耗参数（辅助电能质量分析）

此类参数虽不直接定义为 “电能质量异常”，但与电能质量密切相关，是优化电网效率与负载配置的基础：

1. 功率参数

监测内容：实时测量三相 / 单相的有功功率（P，单位 kW）、无功功率（Q，单位 kvar）、视在功率（S，单位 kVA）及功率因数（PF），计算公式：PF=P/S。

监测意义：无功功率不足会导致电压偏低，功率因数过低会增加线路损耗，需通过 SVG、电容器等设备补偿。

应用场景：工业车间（功率因数低于 0.9 需罚款，需监测并补偿）、新能源场站（有功 / 无功出力平衡控制）。

2. 电能计量参数

监测内容：累计计量有功电能（kWh）、无功电能（kvarh），支持分时段计量（如峰 / 谷 / 平段），精度符合 0.5S 级或 0.2S 级（A 级监测装置）。

应用场景：用户电费结算（结合功率因数调整电费）、新能源场站发电量统计与并网考核。

3. 电能质量事件统计

监测内容：自动统计各类电能质量事件（如暂降、谐波超标、闪变超标）的发生次数、累计时长、最大幅值，生成日报 / 月报 / 年报。

应用场景：电网公司对用户的电能质量考核，企业内部电能质量治理效果评估（如谐波治理后超标次数下降比例）。

四、核心参数监测的技术保障（确保数据可靠）

为准确监测上述参数，装置需具备以下技术能力：

高采样率：稳态参数≥256 点 / 周波（12800 次 / 秒），暂态参数≥1024 点 / 周波（51200 次 / 秒），脉冲暂态≥1MHz；

高精度 ADC：采用 24 位 Σ-Δ ADC 芯片（如 AD7794），动态范围≥120dB，确保微小信号（如 0.1% 谐波）可识别；

同步对时：支持 IRIG-B、PTP（IEEE 1588）对时，多装置时间误差≤1μs，满足暂态事件溯源需求；

抗干扰设计：硬件滤波（LC 电路）+ 软件数字滤波（Blackman-Harris 窗），抑制变频器、电弧炉等干扰。

总结：核心参数的场景适配

不同应用场景对监测参数的侧重点不同，需针对性选型：

新能源场站：重点监测谐波 / 间谐波、电压暂降 / 暂升、直流分量、有功 / 无功功率；

工业车间：重点监测电压波动与闪变、三相不平衡、功率因数、暂降（避免设备停机）；

电网关口：重点监测频率、电压偏差、谐波、暂态事件（用于电网调度与事故分析）；

民用台区：重点监测电压偏差、三相不平衡、电能计量（保障居民用电稳定与电费准确）。

综上，电能质量在线监测装置的核心参数覆盖 “稳态 + 暂态 + 功率”，通过精准监测为电网安全运行、负载优化、电能质量治理提供全维度数据支撑。

审核编辑 黄宇