以色列Elspec G4000电能质量监测黑匣子的优势和应用

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一.序 言

  Elspec G4000黑匣子,是国际上首个不需要触发阈值,进行连续记录发电、用电质量的电能质量数据中心产品,2006年4月在德国汉诺威展会推出,引起很大的轰动。采用独特的PQZip数据压缩技术,连续记录一年以上、每一个电网周波的所有参数,采样率高达1024点/每周波,每一个周波的数据都可以被还原、显示,不需要事件触发、没有记录被遗忘。
  Elspec是在国际上领先进行电能质量治理的公司,在全球有4个工厂(以色列、葡萄牙、美国),总部位于以色列Caesarea Industrial Park,主要市场在欧洲、亚洲、美洲,具有遍及全球的业绩、全球性的销售网络,Elspec公司在全世界70多个国家有销售,北美的通用电气、施耐德用Elspec的产品OEM后去销售,西门子每年从Elspec采购1000万美金的设备,可以看出该产品在国际上的地位。

  Elspec G4000电能质量监测在国内业绩出色、口碑良好,以下是EG4K部分用户(排名不分先后):
  浙江电力公司、内蒙古电力公司、云南电力公司、宁夏电力公司、内蒙风电场监测、黑龙江大庆电力、广东深圳供电局、河南三门峡供电局、江苏泰州供电局、中国电力科学院、国网电力科学院、江西电力科学院、重庆电力科学院、吉林电力科学院、浙江电力科学院、云南电力科学院、河北电力科学院、天津电力科学院、山西电力科学院、广西电力科学院、广东电力科学院、湖南电力科学院、河南电力科学院、新疆金风科技、恩德风电公司、国电延吉热电公司、西气东送工程、ABB中国有限公司、西门子中国有限公司、山东胜利油田、上海振华港机、秦皇岛美铝公司、四川攀钢公司、宁波宝新不锈钢、中航成都飞机研究所、北京首都机场、银川铁路公司、广州地铁公司、苏州地铁公司、杭州地铁公司、成都地铁公司、青岛四方车辆所、株洲南车公司、长春一汽集团、西安联合汽车、南京金陵石化、无锡英飞凌科技、苏州屹立锦纶科技、武汉新芯半导体、厦门友达光电、上海思源清能、无锡日新电机、河南森源电气、江苏大学、安徽大学、安徽工程大学、重庆大学、海军工程大学、西安石油大学、西南交通大学、华南理工大学等等。

在线式Elspec G4410
在线式Elspec G4420
在线式Elspec G4430
Elspec G4100
连续记录一天,256点/周波
连续记录一个月,512点/周波
连续记录一年,1024点/周波
LCD面板
便携式EG3500产品——连续记录48小时的所有数据,512点/周波,便携移动测量
便携式EG4500产品——连续记录一年以上的所有数据,1024点/周波,便携移动测量、尺寸314*84*267.5mm

二.目前使用的电能质量监测设备的缺点

  Elspec G4000系列不仅是普通的电能质量分析仪,更是第四代的电能质量数据中心。
  
第一代:简单的电能仪表,不论是模拟式还是数字式,都没有存储器;第二代:数据记录仪,提供周期性数据检测和记录的设备;第三代:电能质量分析仪,允许按照预先设定的阈值记录部分信息;第四代:电能质量数据中心,可存储一年或一年以上所有周波数据。
  
第三代设备可以显示在何时发生了什么(例如:在Z时间、Y区域内电压跌落了X%),而电能质量数据中心却还能显示为什么出现这种状况,以及问题的根源是什么。采用第四代设备可以帮助电能质量工程师采取正确的应对措施,从而防止问题再度出现。

  目前阈值触发式的记录仪有四个主要缺点,这也限制了对电能事件的原因进行准确的分析。世界范围的统计数据显示,很多事件触发分析失败的原因是由于这四个缺点引起的:
  
1. 预设定触发值--主要目的是预计电网中可能存在的风险,设定触发值以精确捕捉到发生的事件。在很多情况下,因为触发器设定错误或者存储空间不够而使得电力故障发生时的数据没有被记录下来。
  
2. 选择参数--为了节省存储空间,需要考虑哪些参数非常重要应该被记录,哪些参数是应该被忽略的。但不幸的是因为对过去的电力事件分析的不成功,而导致对所需记录参数的错误设定。改变参数设定去捕捉最近的事件,也不能保证下一个新的事件能够被正确捕捉到。
  
3. 为了节省存储空间,一些仪器采用降低每周波采样率的方法来解决这个问题,以不超过设备最大的存储能力,但这样会导致瞬时和高次谐波畸变没有被捕捉到。
  
4. 对于次序分析和事件分析需要进行多点监测,精确的时间同步可以记录所有监测点的数据,这在一些仪器中是不支持的。更重要的是不管触发器怎样设定,所有监测点都需要被准确分析以决定事件的来源和发生的次序,这样才能防止将来事故的再次发生。

  要实现真正的电能质量分析,正确分析来自于以下四个主要方面:
  
1. 进行连续记录
  
对于提高使用方便性和解决错误的触发值设定,进行连续记录的优点是显而易见的。很多案例研究说明了不借助于连续记录就不能进行正确的分析。
  
2. 记录所有的参数
  
通常情况下,大多数标准的记录仪和分析仪测量3个线对线电压和3个电流测量波形,以及一些可选择的参数。
  
EG4K 黑匣子记录所有的参数,包括线对地电压(三角接法中)、频率、谐波、闪变等。很多站点分析过程最好地诠释了记录所有参数以防止问题出现的重要性,触发阈值式方法记录有限的参数会导致错误的分析。
  
3. 高采样率和记录率
  
高采样率的重要性是非常明显的,它显示了同一个事件用64个采样点和1024个采样点的区别。在64个采样点/周波的图可以认为是电压骤降/跌落的事件,而在1024个采样点/周波的图,很清楚地显示骤降实际上是浪涌引起的。
  
EG4K黑匣子可采样1024个点/每周波,并储存所有的参数以供准确分析。
  
4. 多点同步记录
  
对一个事件的分析通常需要多点测量,正确的分析要求达到:所有的记录仪精确进行时间同步,同步精度希望达到一个采样点,事件发生时所有的数据被都能被记录下来,不管数据是在某一值的以上/以下。
  
在一个发生重复故障的工厂,电压分析显示第一个事件是从下游(MCC的右边)开始的,向上游传播到主进线,然后再向下游传播到其它变压器。第二个事件发生在正好相反的方向。如果仅仅在主进线这里进行监控的话,这两个事件将被掩盖起来并只被判定为一个事件。

三.Elspec G4000黑匣子优越的技术特性

  新一代的、革命性的Elspec G4000黑匣子(EG4K黑匣子),能够准确发现并隔绝电能质量的问题,从而采取预防性的措施。
  
使用专利的PQZIP数据压缩技术,EG4K黑匣子可在线连续记录一年以上的、每一个周波的所有波形,其采样率高达1024点/每周波,不需设置阈值、触发值或对参数进行设置。EG4K黑匣子对采集后的波形进行处理,可以计算出有效值、谐波和其他所有数据,而所能记录参数的总数在实际应用中是没有限制的。
  
独特的时间同步算法保证了多个EG4K设备的数据,被准确地同步并以典型的0.1ms的精度在同一时间轴上显示。结果是,每个事件都被准确地分析、从而精确查找出事故发生的原因(比如:电力公司或用户的原因,特殊设备引起的故障)。

  独特的性能、精确的测量:
  
每周波测量--IEC61000-3-40要求平均每个200ms进行测量(在50/60Hz下,10/12周波),虽然这提高了精度而且能记录间谐波和次谐波,但当测量快速变化的事件如电机启动、点焊机和断路器重合时会出现问题。EG4K黑匣子是唯一能够使用快速傅立叶分解(FFT),同时进行IEC61000-4-30 A级和每周波测量。
  
故障录波--全量程读取最大到54xVn和75xIn(取决于使用的PT或CT),精度高达0.1%,为正常使用、延伸使用提供准确的故障分析。
  
同时的12个模/数转换--12个模/数转换器并行工作,每一个通道的最大采样率在250,000采样点/秒,提供无可比拟的、没有通道间互相停滞的精度。
  
内置温度传感器--2个内置温度传感器保证了不受周围温度影响的、精确的记录。
  
快速闪变--IEC61000-4-15定义了闪变监测的两个阶段:10分钟(PST)和2小时(PLT),许多过程使得10分钟内进行闪变监测变得十分困难。EG4K黑匣子的扩展闪变算法,能够让闪变的分析水平达到2秒钟、10秒钟和1分钟的精度,为制定解决方案提供方便。
  
时间同步--EG4K黑匣子系统在局域网内使用特别的同步协议,这保证了在不需要GPS的情况下就能达到0.1ms的同步精度,应用GPS也同样可以达到这样的精度。使用局域网、GPS和互联网的组合,可以达到非常精确的同步精度。
  
详细记录间谐波和次谐波--EG4K黑匣子显示了次谐波(在基波以下),和间谐波(在基波的整数倍之间)的值,从直流到1275Hz、每隔5Hz总共有256个值。这些数据不仅对于预测、而且对于分析外部对电力系统的影响是至关重要的,这包括对电力线连接成的网络进行预防性的维护,特别是对于电机(电机磨损后会产生大量的次谐波和间谐波,取决于磨损的程度)。

四. Elspec G4000在浙江电力的用户报告

  在国网公司“社会主义新农村供电综合示范工程建设”和浙江省电力公司“新农村电气化建设项目”中,浙江供电公司属下的十几个供电局,选用以色列Elspec公司新一代的Elspec G4400产品组成电能质量监测网络,总共80多台挂网运行。
  该项目采用Elspec G4420电能质量监测产品,在35kV变电所10kV母线侧安装,Elspec G4420安装在计量屏上,电流采自主变10kV侧,接A、B、C三相电流;电压采自10kV母线,接A、B、C和N相。系统通过局域网连接,组建了基于以太网的电能质量在线监测网络。设立主站服务器、对采集上来的数据进行解压缩和存储,全中文的客户端软件可以访问主站服务器,查看历史的电能质量数据,也可以访问实时的电能质量数据,实现远程维护各电能质量在线监测终端,自动生成中文电能质量报告。

  系统自2007年9月安装投运以来,运行稳定、功能实用有效,采集数据丰富翔实,数据分析指标可靠,取得了较好的使用效果:
  1.提供电能质量指标翔实可靠:
  系统提供连续的电能质量数据、波形,同时每月生成电能质量报告,翔实记录了本月的电能质量事件(频率变化、电压变化、电压闪变、谐波畸变、电压不平衡等),为详细了解本供电区域报告期电网运行情况提供了可靠的依据。营销部门也可以利用这个系统,对用户线路的电能质量进行分析、考核。
  2007年11月16日,浙江省电力公司农电部对该系统进行了验收,认为本电能质量在线监测系统完全满足国网公司对电能质量的要求,该系统的实施是新农村电气化建设的一个亮点。
  2.作为故障录波器,可为电网故障分析提供依据:
  目前35kv变电所一般都未安装故障录波器,本级电网发生故障时一般都要到一级变电所调取录波器数据,比较不便。本系统可详细记录1年以上的电压波形,可作为一功能强大的录波器使用。
  如08年2月21日晚皮都变#3主变下10kv洛金4016线发生短路速断跳闸、重合失败(保护装置记录动作电流:7.44kv,动作时间3:43:55:482,重合后再跳闸电流7.38kv,动作时间23:43:56:904),事后我们立即调出了电能质量在线检测系统录波图形,经比较,系统记录的短路发生时间(经时间校对后)、电流幅值等与保护装置完全相符,同时系统记录了完整点电流波形,为我们进行事故分析提供了可靠的依据。
  3.连续的数据记录,与其他系统比对使用:
  a、可作为电压合格率系统,与现有系统进行补充,比对使用;b、可作为电能量采集系统,与现有系统进行补充,比对使用。

五.Elspec G4000 Blackbox的应用小结

  新一代的、革命性的Elspec G4000黑匣子(EG4K黑匣子),能够准确发现并隔绝电能质量的问题,从而采取预防性的措施。EG4K黑匣子可在线连续记录一年以上的、每一个周波的所有波形,其采样率高达1024点/每周波,不需设置阈值、触发值或对参数进行设置。对采集后的波形进行处理,可以计算出有效值、谐波和其他所有数据,而所能记录参数的总数在实际应用中是没有限制的。

  电能质量的许多故障很多时候是不可预知的,特别是大范围电能故障很多情况下找不到原因,Elspec G4000被国内外的专家评价为"电力系统的黑匣子"。

连续几个月的变电站电压波形


组成监测网络进行故障追踪分析

欢迎索取更加详细资料 Elspec中国业务经理 邓先生 info@elspec.com.cn 021-51096325(上海)

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