电能质量检测设备技术规范

电能质量监测设备技术规范

1. 使用范围

本规范规定了电能质量监测设备的通用结构和基本性能，包括固定式监测设备和便携式检测设备，确立了电能质量检测参数的一般测量方法和测量精确度，适用于交流额定频率为50Hz的公用电网的电能质量监测设备。 本规范只是对各项指标进行指示性的说明,并非是详细的设计说明书。

2. 引用标准

1) GB/T 19862-2005 电能质量监测设备通用要求 2) GB/T 12325-2003 电能质量 供电电压允许偏差 3) GB/T 14549-1993 公用电网谐波

4) GB 12326-1990 电能质量电压允许波动和闪变 5) GB/T 15543-1995 电能质量 三相电压允许不平衡度 6) GB/T 15945—1995 电能质量电力系统频率允许偏差

7) GB/T 18039.4-2003 电磁兼容 环境 工厂低频传导骚扰的兼容水平 8) GB/T 17626.2-1998 电磁兼容 试验与测量技术 静电放电抗扰度试验 9) GB/T 17626.2-1998 电磁兼容 试验与测量技术 射频电磁场辐射抗扰度试验 10) GB/T 17626.2-1998 电磁兼容 试验与测量技术 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验 11) GB/T 2423.1-2001 电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验A：低温 12) GB/T 2423.2-2001 电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验A：高温 13) GB/T 2423.4-2001 电工电子产品基本环境试验规程 试验Db: 交变湿热试验方法

14) GB/T 2423.5-1995 电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验Ea和导则：冲击

15) GB/T 2423.5-1995 电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验Fc和导则：振动

16) DL/T 1028-2006 中华人民共和国电力行业标准

17) IEC61000-4-30 Testing and measurement techniques—Power quality measurement methods

18) IEC 61000-4-7 Part 4-7：testing and measurement techniques-general guide on harmonics and interharmonics measurements and instrumentation

19) IEC 61000-4-15 part 4：testing and measurement techniques-section 15:flickermeter-functional and design specifications

3. 术语及定义

1) 电压偏差 voltage deviation：供电电压幅值与标称电压幅值的偏差； 2) 频率偏差 frequency deviation：系统频率的实际值与标称值的偏差； 3) 闪变 flicker：灯光照度不稳定造成的实感；

4) 电压暂升 voltage swell：在电力系统某节点上出现的电压暂时上升； 5) 电压暂降 voltage dip：在电力系统某节点上出现的电压暂时下降；

6) 电压短时中断 voltage interruption：供电电压消失一段时间，一般不超过1min，短时中断可以认为是90%~100%幅值的电压暂降； 7) 瞬时电压 transient voltage：电压瞬间急剧上升或下降；

8) 正序分量 positive-sequence component：将不平衡的三相系统的电量按对称分量法分解后，其正序对称系统中的分量；

9) 负序分量negative-sequence component：将不平衡的三项系统的电量按对称分量法分解后，其负序对称系统中的分量；

10) 不平衡度 unbalance factor：三相电力系统中三相的不平衡程度，用电压或

电流负序分量与正序分量的方均根值百分比表示；

11) 谐波 harmonic：对周期性交流量进行傅里叶技术分解，得到频率为基波频

率大于1整数倍的分量；

12) 间谐波 inter-harmonic：对周期性交流量进行傅里叶技术分解，得到频率不为基波频率整数倍的分量；

13) 电压波动 voltage fluctuation：电压方均根值一系列的变动或连续的改变，为电压均方根值的两个极值Umax和Umin之差U，常以额定电压UN的百分数表示其相对百分值；

14) 等效闪变允许值 equivalent 10Hz flicker V10：电压调幅波中不同频率的正弦波分量的均方根值等效为10Hz的一分钟平均值，以额定电压的百分数表示；

15) 滑动参考电压Usr Sliding reference voltage； 16) Urms(1/2)：半个周期刷新一次的均方根值电压。

4基本结构及性能

4.1基本结构

电能质量监测设备须包括测量传感器、测量单元、评估单元三个基本组成部分及其附属器件。 4.2 监测功能

设备须可监测电网频率、电压幅值、电压波动、闪变、电压暂升、电压暂降、电压短时中断、瞬时电压、三相不平衡、谐波、间谐波、设备电源电压、快速电压变化等参数。 4.3统计分析

监测设备应具有对电能质量指标进行统计分析的功能： 1) 统计分析出各指标参数数据及曲线；

2) 指标参数在任意时间段内的统计，包括电网频率、母线电压幅值、三相电压和电流总畸变率、三相电压和电流不平衡度、电压和电流谐波分量的最大值、最小值、平均值、测试时段内闪变值、测试时段内骤升骤降、总监测次数、指标合格率等，统计分析后，并生成报告；

3) 设备与系统联接为星型联接时，可计算出线电压；设备与系统联接为三角型联接时，可准确计算功率因数、有功、无功等；

4) 设备须存储PT和CT变比值，被显示的数据可以以单位A、V或额定百分比表示。

4.4显示功能

监测设备应具有对被监测的电能质量参数的实时数据和相应波形显示的功能。 4.5记录储存功能

1) 电压偏差、频率偏差、谐波、间谐波和三相电压不平衡度测量时以10个周期

为单位，基本记录周期为3s；

2) 固定式监测设备的保存时间间隔是3min，取该时间段内的最大值连同该时间段结束的时刻构成一条完成的存储记录；具有实时数据上传功能的固定式监测设备在实时监测状态下记录上传时间为3s； 3) 便携式监测设备记录保存的时间间隔为3s； 4) 短时闪变的一个记录周期为10min，长时闪变为2h； 5) 设备的存储记录应至少15天。 4.6 通讯功能

设备应根据实际需要，至少具备一种标准的通讯接口，实现监测数据的实时传输或定时提取，例如RS485/232、以太网等。 4.7 权限管理功能

监测设备具备权限管理功能，只有具有授权权限的操作人员才可对该设备进行使用、参数设置和更改。 4.8 设置功能

监测设备具有对设备时钟、电压暂升阙值、电压暂降阙值等设置、更改的功能。

4.9 越限保护功能

检测设备具有报警和提示功能，超出用户设定的事件范围则给予相应提示，

保护设备。 4.10 设备时钟误差 A级标准：

其时钟不确定度不超过20ms； B级标准：

制造商应规定出以10min为一个间隔的设备时钟计算方法。 4.11 设备机械性能

设备能承受正常运行中的机械振动及常规运输条件下的冲击，确保设备不发生损坏和零部件松动脱落现象，同时功能和准确度符合各电能质量参数要求。 4.12 设备安全性能 4.12.1 绝缘电阻

设备各电气回路对地和各电气回路之间的绝缘电阻要求如下表所示；

表1 设备各电气回路对地和各电气回路之间的绝缘电阻要求

额定电压/V 绝缘电阻要求/M 正常条件 湿热条件 测试电压/V U60V U60V 5 5 1 1 250 500 注：与二次设备及外部回路直接联接的接口回路采用U60V的要求。 4.12.2 冲击电压

将电压峰值为6kV，波形为1.2/50s的标准冲击脉冲，施加于监测设备电气回路对地之间，不应出现电弧、放电、击穿和损坏，且监测设备存储数据无变化，功能和电能质量参数仍符合要求。 4.12.3 绝缘强度

在监测设备电气回路对地之间及各电气回路之间施加下表所示的50Hz正弦波电压1min，不应出现电弧、放电、击穿和损坏，且监测设备存储数据无变化，

功能和电能质量参数仍符合要求。

表2 绝缘强度试验电压

额定电压/V 试验电压有效值/V 500 2000 额定电压/V 试验电压有效值/V 1000 2500 U60 125U250 4.13 设备电磁兼容性能

60U125 250U400 满足本技术规范的电磁兼容性能试验要求。

5电能质量参数

5.1 电源频率 5.1.1 测量方法

频率是指每10秒钟内被测信号重复出现的次数，其数学表达 式为

fN t式中：f——被测信号的频率 N——出现次数

t——发生N次所需要的时间

每次评估之前，应对谐波和间谐波进行衰减，使其对频率测量影响降低到最小。另外，测量间隔须无交迭。 5.1.2频率偏差允许值

1) 电力系统正常频率偏差允许值为0.2Hz，当系统容量较小时，偏差值可以放宽到0.5Hz；

2) 用户冲击负荷引起的系统频率变动一般不得超过0.2Hz，根据冲击负荷性质和大小以及系统的条件也可以适当变动限值，但应保证近区电力网、发电机组和用户的安全、稳定运行以及正常供电。 5.1.3设备频率测量不确定度

A级标准：

频率不确定度f不超过0.01Hz。 B级标准：

制造商给出不确定度规定。 5.2 电压幅值 5.2.1 测量方法

电压幅值是在一个10周期时间间隔上的电压量值的均方根值，每个10周期间隔须与相邻10周期间隔相连接，但不可重叠。 5.2.2供电电压允许偏差

1) 35kV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过标称系统电压的10%；

注：如供电电压上下偏差同号（均为正或负）时，按较大的偏差绝对值作为衡量依据。

2) 10kV及以下三相供电电压允许偏差值为标称系统电压的7%； 3) 220kV单相供电电压允许偏差为标称系统电压的+7%、-10%； 4) 对供电电压允许偏差有特殊要求的用户，由供用电双方协议确定。 5.2.3电压幅值测量不确定 A级标准：

电压幅值不确定度u不超过标称电压幅值的0.1% B级标准：

制造商给出相应幅值不确定度，但应不超过标称输入电压幅值的0.5% 5.3电压波动 5.3.1 测量方法

以10周期为单位求出各欠电压和过电压的均方根值，然后根据电压波动的计算公式求出电压波动值，电压波动变化率低于每秒0.2%时，应视为电压偏差。 5.3.2 电压波动允许值

表3 电压波动允许值

额定电压，KV 电压波动允许值，%

10及以下 35~110 220及以上 2.5 2 1.6 5.4 闪变 5.4.1 测量方法

短时闪变测试值测试周期为10min，取实测95%概率大值。 5.4.2 闪变测量不确定度 A级标准：

短时闪变测试值Pst为0~20。 B级标准： 不做要求

5.4.3等效闪变允许值

表4等效闪变允许值

应用场合 对照明要求较高的白炽灯负荷 一般性照明负荷 等效闪变允许值V10，% 0.4（推荐值） 0.6（推荐值） 5.5 电压暂升、暂降 5.5.1 基本测量

电压暂升、暂降的基本测量应测量每个通道上的Urms(1/2) 5.5.2 滑动参考电压Usr的计算

Usr(n)0.9967*Usr(n1)0.0033*U(10)rms

其中：

Usr(n) 为该滑动参考电压现在的值； Usr(n1) 为该滑动参考电压前一个值；

U(10)rms 为电压最近测得的10周期均方根值。

5.5.3 电压暂降监测

电压暂降门槛值根据5.5.2计算出的Usr，由用户设置。 5.5.4 电压暂升监测

电压暂升门槛值根据5.5.2计算出的Usr，由用户设置。 5.5.5 电压暂升、暂降测量不确定度 5.5.5.1 电压暂升、暂降幅值测量不确定度 A级标准：

测量精确度U不超过输入电压标称值的0.2% B级标准：

精确度由制造商规定，但应不超过输入电压标称值的1.0% 5.5.5.2 电压暂升、暂降持续时间测量不确定度 A、B级标准：

电压暂升、暂降持续时间测量精确度为电压暂升、暂降开始时的不精确度（半个周期）与结束时的不精确度（半个周期）之和。 5.6 电压中断 5.6.1 基本测量

电压中断的基本测量应测量每个通道上的Urms(1/2)。 5.6.2 电压中断监测

单相系统中，电压中断开始于电压有效幅值低于电压中断设定值，结束于电压有效幅值等于或高于电压中断设定值；

多相系统中，电压中断开始于所有监测通道的电压有效幅值低于电压中断有效值，结束于任何一个通道测得的电压有效幅值等于或高于电压中断设定值。 5.6.3 电压中断持续时间测量不确定度

在辅助电源供电后备时间内，持续时间测量不确定度小于2个周期。

5.7 瞬时电压 检测方法：

当重在考虑绝缘时，该瞬时测量相对地进行；当重在考虑仪器损害时，该测量相对相或中性线进行：

—比较法：当超过固定的绝对门槛值时，则监测到一个瞬变； —包络线法：与比较法类似，但是在进行分析之前将基波去除； —滑动窗口法：将瞬时值与前一个周期上相应的值进行比较。 —dv/dt法：当超过dv/dt得出的固定门槛值时，测得一个瞬变；

—均方根值：使用快速采样，将该均方根值用于比一个基波周期小得多的间隔的计算，然后与门槛值进行比较。 5.8 三相电压不平衡 5.8.1 测量

在10周期的时间间隔上测量出电压输入信号的基波分量，然后对其用对称分量法分解。在不平衡情况下，除正序分量U1外，还至少存在负序分量U2和零序分量U0。

5.8.2 三相电压不平衡度计算

1) 在有零序分量的三相系统中，应用对称分量法，分别求出正序分量和负序分量，由式

U2*100%求出不平衡度； U12) 在没有零序分量的三相系统中，当已知三相量a、b、c时，用下式求不平衡度：136L100%

136L式中：La4b4c4/(a2b2c2)2 5.8.3 三相电压不平衡测量不确定度

正序和负序分量不平衡度应在1%~5%之间，另外读取测量不平衡度时应加上0.15%，例如，测得不平衡度为1%，则应读取0.85%x1.15%

5.9 谐波

5.9.1 谐波参数测量

参见IEC 61000-4-7。 5.9.2 谐波采样

1) 设备应采样1-50次谐波；

2) 设备应提供锁相功能和抗假频滤波功能；

3) 电流的谐波可以用实际的安培值或由用户指定的额定值百分比来表示； 4) 可对综合参量提供与单次谐波采样间隔相同的时间趋势图（最大值、最小值和平均值），对于电压和电流的综合参量应包括总畸变率（对于电流用安培值表示），通信干扰指标（TIF）和K因数（评估配电变压器上谐波反作用力的一种单位因数）。

5.9.3 谐波监测准确度等级：

表5谐波监测准确度等级

等级 A 电流 被测量 电压 条件 允许偏差 Uh1%UNUh1%UNIh3%INIh3%IN 5%Uh0.05%UN 5%Ih0.15%IN B 电压 Uh3%UNUh3%UN5%Uh0.15%UN5%Ih0.5%IN 电流 Ih10%INIh10%IN UN为标称电压，IN为标称电流，Uh为谐波电压，Ih为谐波电流 5.10 间谐波 5.10.1 间谐波测量：

参见IEC 61000-4-7。 5.10.2 间谐波采样

以10个周期为单位采样并进行简谐波分析。 5.10.3 间谐波测量准确度等级

与5.8.3谐波测量准确度等级相同。 5.11 快速电压变化

快速电压变化是在两个稳态环境之间电压均方根值的一个快速转变。 测量快速电压变化之前须对下列各项的阙值进行定义：电压最小变化率、稳态环境的最小持续时间、两个稳态环境之间电压中的最小差值以及稳态环境的稳定性。

快速电压变化期间的电压须不超过电压暂升、暂降的阙值，其特性参数为变化后达到的稳态电压值与初值稳态值之间的差值。 5.12 设备电源电压 5.12.1 测量方法

此方法使用于发出频率低于3kHz的信号，高于此信号频率的，须参见IEC61000-3-8中的方法：

此测量方法条件为：

—与之相应的间谐波10周期均方根值得到合并；

—或者将与之最接近的间谐波10周期均方根值合并得出其间谐波均方根值（例如：一个316,67Hz的控制信号均方根值可用在一个10周期时间间隔上进行的傅里叶变换得到的310Hz、315 Hz、320 Hz、325 Hz四个信号均方根值合并得到）。

用户选择一个Udin的0.1%以上的监测阙值以及最长记录时间为120s的时间段，然后在此时间对内对所测量的各值进行记录。 5.12.2 设备电源电压允许偏差 交流标称电压：

220V，容许变化范围20%，50Hz1Hz，谐波电压总畸变率不大于8%； 100V，容许变化范围20%，50Hz1Hz，谐波电压总畸变率不大于8%； 直流标称电压：

220V，容许变化范围为20% 110V，容许变化范围为20% 5.12.3 测量不确定度： A级标准：

测量不精确度不应超过读数的7%。 B级标准： 不做规定。 5.13 信号输入通道 5.13.1 通道要求

1) 可以监测单相或多相系统；

2) 监测设备应能同时监测三相电压和电流（星型联接或三角型联接）； 3) 电源消耗的有功功率不大于5W；信号回路在标称输入电压电流参数下，

通道消耗的视在功率应不大于0.75VA/通道；

4) 所有干扰发生时应记录所有通道量值（电压、电流和任何辅助通道）； 5) 对于波形记录每周波至少128次采样。 5.13.2 电压信号输入回路

1) 范围：过载能力为标称电压的3倍； 2) 波峰系数：2。 5.13.3 电流信号输入回路

1) 范围：标称电流1A、5A；

2) 过载能力：1.2倍标称电流连续，2倍标称电流持续1s； 3) 波峰系数：3。 5.13.4 停电数据保持

长时间断电时，监测设备不应出现误读数，并应有数据保持措施，至少保持四个月以上，电源恢复时，数据不丢失。

5.14 环境条件

1) 周围空气温度不超过40C；且在24h内测得的平均值不超过35C，最低周围空气温度为10C；

2) 在24h内测得的相对湿度的平均值不超过95%；在24h内测得的水蒸气压力的平均值不超过2.2kPa；月相对湿度平均值不超过90%。 5.15 电能质量参数测量范围

表6 电能质量参数测量范围A类性能：

影响量 测量范围 频率 42.5Hz-57.5Hz Udin的0 %－200 % 电压量值（稳态） 闪烁（Pst） 0－20 三相不平衡 0%－ 5 % 谐波（全谐波失真） 在 GB/T18039.4-2003中，第3类别中的值的2倍 间谐波（在任何频率时） 在 GB/T18039.4-2003中，第3类别中的值的2倍 Udin的0 %－9 % 设备电源电压 瞬时电压 6 kV峰值 快速电压变化 4 kV峰值 注意： Pst应该由周期性调制来产生。 表7 电能质量参数测量范围A类性能：

影响量 频率 电压量值（稳态） 三相不平衡 谐波（全谐波失真） 间谐波（在任何频率时） 设备电源电压 测量范围 42.5Hz-57.5Hz Udin的0 %－ 150 % 0%－ 5 % 在 GB/T18039.4-2003中，第3类别中的值的2倍 在 GB/T18039.4-2003中，第3类别中的值的2倍 Udin的0 %－9 % 6试验

6.1 试验条件

6.1.1 试验气候环境条件

1) 温度：15C~35C； 2) 相对湿度：45%~75%；

3)大气压力：86kPa~106 kPa 6.1.2 电源条件

1) 试验电源：频率为50Hz，允许偏差1Hz； 2) 电压：AC220V，允许偏差5%。 6.2 设备基本功能试验 6.2.1设备基本监测功能试验

监测设备是否具有4.2所列举的各项功能。 6.2.2 设备机械性能试验

6.2.2.1 振动试验

监测设备不包装、不通电，固定在试验台中央，按GB/T2423.10-1995规定进行：

频率范围：10Hz~150Hz

交越频率：60Hz(f60Hz：定振幅0.75mm；f60Hz：定加速度10m/s2) 每一轴向扫频周期数：10次。

试验后设备应无损坏或紧固件松动脱落现象，功能和监测准确度仍符合第5章中电能质量参数的要求。

6.2.2.2 机械冲击试验

监测设备不包装、不通电，固定在试验台中央，按GB/T2423.5-1995规定进行：

脉冲波形：半正弦波 峰值加速度：150m/s2 脉冲宽度：11ms

试验后设备应无损坏或紧固件松动脱落现象，功能和监测准确度仍符合第5章中电能质量参数的要求。 6.2.3 设备安全性能试验

6.2.3.1 绝缘电阻试验

在表1中的条件下试验，测得设备各电气回路对地和各电气回路之间的绝缘电阻符合表1所示。

6.2.3.2 冲击电压试验

按4.12.2试验，测得结果符合4.12.2 的要求。 6.2.3.3绝缘强度试验

按表2试验，测得结果符合表2的要求。 6.2.4 设备电磁兼容性能试验

6.2.4.1 电快速瞬变脉冲群抗干扰度试验

按照GB/T17626.4-1998中规定，并在下述条件下进行： 设备的供电电源端口和保护接地的试验电压峰值：2kV； 信号输入输出端口、数据和控制端口试验电压峰值：1kV； 重复频率5kHz的脉冲群；

施加时间10min内等间隔作用3次； 试验中、试验后，设备均能正常工作。 6.2.4.2 辐射电磁场抗干扰性试验

按照GB/T17626.3-1998中规定，并在下述条件下进行： 频率范围：80MHz~1000MHz； 试验强度：10V/m；

试验中、试验后，设备均能正常工作。 6.2.4.3 静电放电抗干扰度试验

按照GB/T17626.2-1998中规定，并在下述条件下进行： 接触放电；

在其外壳和工作人员经常可能触及的部位； 试验电压为8kV；

正负极性放电各10次，每次放电间隔至少为1s； 试验中、试验后，设备均能正常工作。 6.3 电能质量参数精确度测试 6.3.1 电源频率

1) 测试方法：参见DL/T 1028-2006;

2) 在参考相与地之间输入额定交流电压，信号频率分别设定为49Hz、50Hz、

51Hz，频率测试准确度应满足5.1中的标准。 6.3.2 电压幅值

1) 测试方法：参见DL/T 1028-2006; 2) 测试精度应满足5.2中的标准。 6.3.3 电压波动

1) 测试方法：参见DL/T 1028-2006;

2) 在各种电压变化频度及波动幅度下电压波动的误差应在5%内。 6.3.4 闪变

1) 测试方法：参见DL/T 1028-2006; 2) 测试精度应满足5.4中的标准。 6.3.5 三相不平衡

1) 测试方法：参见DL/T 1028-2006; 2) 测试精度应满足5.8中的标准。 6.3.6 谐波

1) 测试方法：参见DL/T 1028-2006; 2) 测试精度应满足5.9中的标准。 6.3.7 设备电源电压

将电源电压变化到5.12规定的极限值时，设备仍能正常工作，功能和监测准确度仍符合第5章中电能质量参数的要求。 6.3.8 信号输入通道 6.3.8.1 通道要求

具备5.13.1所规定的各项功能，并同伏安法和功率标测量各回路的功耗，监测设备功率损耗符合5.13.1的要求。 6.3.8.2 电压信号输入回路试验

根据设备的信号回路额定电压，按5.13.2进行试验，设备正常工作，功能和监测准确度仍符合第5章中电能质量参数的要求。 6.3.8.3电流信号输入回路试验

根据设备的信号回路额定电流，按5.13.3进行试验，设备正常工作，功能和监测准确度仍符合第5章中电能质量参数的要求。

6.3.8.4 停电数据保持

读取设备内保存的数据及设置参数，断电8h后，核对保存数据，应无变化。 6.3.9 环境条件试验

6.3.9.1 高温试验

按GB/T2423.2-2001规定的Bb类进行，将被测装置在非通电状态下放入高温试验箱中央，升温至5.14规定的最高温度，保持6h，然后通电半小时，功能和监测准确度仍符合第5章中电能质量参数的要求。

6.3.9.2 低温试验

按GB/T2423.2-2001规定的Ab类进行，将被测装置在非通电状态下放入低温试验箱中央，降温至5.14规定的最低温度，保持6h，然后通电半小时，功能和监测准确度仍符合第5章中电能质量参数的要求。

6.3.9.3 交变湿热试验

按GB/T2423.4-1993规定的进行，试验最高温度如5.14的规定，试验周期2d。试验结束前在湿热条件下测绝缘电阻不低于4.12.1的要求，试验结束后在大气条件下恢复2h，通电测试，功能和监测准确度仍符合第5章中电能质量参数的要求。