電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置通過(guò) “實(shí)時(shí)信號(hào)采集→精準(zhǔn)信號(hào)調(diào)理→智能暫降判斷→完整數(shù)據(jù)記錄” 的閉環(huán)流程監(jiān)測(cè)電壓暫降，核心是快速捕捉電壓有效值跌落（10%~90% 標(biāo)稱值）并精準(zhǔn)量化其 “幅值”“持續(xù)時(shí)間”“相位” 等關(guān)鍵參數(shù)，同時(shí)滿足 GB/T 30137-2013、IEC 61000-4-30 等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)暫降監(jiān)測(cè)的精度要求（如持續(xù)時(shí)間誤差≤20ms、幅值誤差≤±2%）。以下是分環(huán)節(jié)的技術(shù)原理與關(guān)鍵細(xì)節(jié)：

一、第一步：信號(hào)采集 —— 獲取原始電壓信號(hào)（基礎(chǔ)前提）

裝置先通過(guò) “電壓互感器（PT）+ 采樣芯片（ADC）” 將高電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為可處理的數(shù)字信號(hào)，確保暫降信號(hào)不被遺漏或失真。

1. 電壓信號(hào)降壓（適配采樣范圍）

核心部件：電壓互感器（PT）現(xiàn)場(chǎng)電網(wǎng)電壓（如 220V、10kV）遠(yuǎn)超出采樣芯片的輸入范圍（通常 ±5V 或 ±10V），需通過(guò) PT 將電壓按固定變比降壓：

低壓場(chǎng)景（220V/380V）：用微型 PT（變比 220V/5V）將電壓降至 5V；

高壓場(chǎng)景（10kV）：用常規(guī) PT（變比 10kV/100V）先降至 100V，再通過(guò)裝置內(nèi)部的分壓電阻進(jìn)一步降至 5V。

關(guān)鍵要求：PT 的 “比差≤±0.2%、角差≤±10′”（A 級(jí)裝置），避免降壓過(guò)程引入誤差，導(dǎo)致暫降幅值誤判。

2. 高速采樣（捕捉毫秒級(jí)暫降）

核心部件：模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片（ADC）電壓暫降的持續(xù)時(shí)間最短僅 10ms（50Hz 系統(tǒng) 0.5 個(gè)周波），需通過(guò)高速 ADC 將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，確保暫降的每個(gè)細(xì)節(jié)都被捕捉：

采樣率要求：≥256 點(diǎn) / 周波（50Hz 系統(tǒng)下采樣率 = 256×50=12.8kHz），高端 A 級(jí)裝置可達(dá) 1024 點(diǎn) / 周波（51.2kHz）；

分辨率要求：≥16 位（如 TI ADS1278），確保能區(qū)分微小的電壓變化（如 220V 系統(tǒng)下，16 位 ADC 的最小分辨電壓≈3.3mV，可精準(zhǔn)捕捉 1% 的幅值跌落）；

同步采樣：三相電壓需 “同時(shí)采樣”（偏差≤1μs），避免相位差導(dǎo)致暫降發(fā)生時(shí)刻判斷偏差。

二、第二步：信號(hào)調(diào)理 —— 凈化信號(hào)，消除干擾（確保準(zhǔn)確性）

采集到的原始信號(hào)可能混入高頻噪聲（如變頻器干擾、雷擊脈沖），需通過(guò) “濾波 + 放大” 處理，避免噪聲被誤判為暫降或掩蓋真實(shí)暫降信號(hào)。

1. 濾波：去除高頻干擾

核心部件：低通濾波器（LPF）暫降的核心頻率是工頻（50Hz/60Hz），需濾除 2kHz 以上的高頻噪聲（干擾主要集中在 10kHz~1GHz）：

類型：采用 “RC 有源低通濾波器” 或 “數(shù)字濾波器”（如 FIR 濾波器）；

關(guān)鍵參數(shù)：截止頻率 = 2kHz，對(duì) 2kHz 以上信號(hào)的衰減≥40dB（確保干擾幅值降低至原有的 1% 以下）；

示例：若信號(hào)中混入 10kHz、50mV 的干擾，濾波后可降至 0.5mV 以下，不會(huì)影響暫降幅值判斷。

2. 放大與電平調(diào)整（適配 ADC 輸入）

核心部件：運(yùn)算放大器（Op-Amp）降壓后的信號(hào)可能微弱（如暫降末期電壓僅 0.1p.u.，對(duì)應(yīng) 5V 輸入的 0.5V），需通過(guò)放大器將信號(hào)放大至 ADC 的最佳輸入范圍（如 ±2.5V），同時(shí)調(diào)整直流電平（消除零漂）：

放大倍數(shù)：根據(jù)暫降最小幅值設(shè)定，確保 0.1p.u. 的電壓信號(hào)放大后仍能被 ADC 準(zhǔn)確識(shí)別；

共模抑制比（CMRR）：≥80dB，抑制零線與火線間的共模干擾（如電網(wǎng)中的 50Hz 共模噪聲）。

三、第三步：暫降檢測(cè)與判斷 —— 識(shí)別暫降，排除誤判（核心邏輯）

這是裝置監(jiān)測(cè)暫降的 “大腦”，通過(guò)實(shí)時(shí)計(jì)算電壓有效值、對(duì)比閾值、判斷持續(xù)時(shí)間，精準(zhǔn)識(shí)別暫降（排除瞬時(shí)擾動(dòng)、噪聲等誤觸發(fā)）。

1. 實(shí)時(shí)計(jì)算電壓有效值（判斷幅值跌落）

計(jì)算方法：滑動(dòng)窗口有效值法裝置按固定周期（如 2ms，即 50Hz 系統(tǒng)的 0.1 個(gè)周波）計(jì)算電壓有效值，公式為：Urms?=N1?∑i=1N?ui2??其中，N為窗口內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)（如 12.8kHz 采樣率下，2ms 窗口含 25.6 個(gè)點(diǎn)，取整為 26 點(diǎn)），ui?為每個(gè)采樣點(diǎn)的電壓值。

關(guān)鍵作用：通過(guò) “滑動(dòng)窗口” 實(shí)時(shí)更新有效值，可在暫降發(fā)生后的 2ms 內(nèi)捕捉到幅值跌落，避免延遲。

2. 閾值對(duì)比：觸發(fā)暫降檢測(cè)

預(yù)設(shè)雙重閾值為避免噪聲誤觸發(fā)，裝置通常設(shè)置 “啟動(dòng)閾值” 和 “恢復(fù)閾值”：

啟動(dòng)閾值：通常設(shè)為標(biāo)稱電壓的 90%（0.9p.u.），當(dāng)計(jì)算的有效值≤0.9p.u. 時(shí)，觸發(fā)暫降檢測(cè)（開(kāi)始計(jì)時(shí)）；

恢復(fù)閾值：通常設(shè)為標(biāo)稱電壓的 90%~95%（如 0.92p.u.），當(dāng)有效值≥0.92p.u. 且持續(xù) 2 個(gè)周波（40ms），判定暫降結(jié)束（停止計(jì)時(shí)）；

閾值靈活性：用戶可根據(jù)設(shè)備敏感度調(diào)整（如監(jiān)測(cè)半導(dǎo)體光刻機(jī)時(shí)，啟動(dòng)閾值可設(shè)為 0.95p.u.，更早捕捉輕微暫降）。

3. 持續(xù)時(shí)間判斷：排除瞬時(shí)擾動(dòng)

計(jì)時(shí)與驗(yàn)證邏輯啟動(dòng)暫降檢測(cè)后，裝置開(kāi)始計(jì)時(shí)，但需滿足 “持續(xù)時(shí)間≥10ms”（標(biāo)準(zhǔn)定義的暫降最小時(shí)長(zhǎng)）才認(rèn)定為有效暫降，避免將 “微秒級(jí)瞬變”（如雷擊脈沖）誤判為暫降：

若計(jì)時(shí)≤10ms 時(shí)電壓恢復(fù)至恢復(fù)閾值以上，判定為 “瞬時(shí)擾動(dòng)”，不記錄為暫降；

若計(jì)時(shí)≥10ms，且期間有效值始終≤啟動(dòng)閾值，判定為 “有效暫降”，開(kāi)始記錄詳細(xì)數(shù)據(jù)。

4. 相位與波形輔助判斷（高端裝置功能）

相位跳變監(jiān)測(cè)部分暫降伴隨相位跳變（如電網(wǎng)故障導(dǎo)致），裝置通過(guò) “過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)” 計(jì)算相位變化量（如從 0° 跳變至 8°），并記錄為暫降的附加參數(shù)（對(duì)變頻器等敏感設(shè)備分析至關(guān)重要）；

波形畸變判斷若暫降時(shí)電壓波形出現(xiàn)嚴(yán)重畸變（如缺相），裝置會(huì)通過(guò) “總諧波畸變率（THD）計(jì)算” 識(shí)別，避免將 “波形畸變” 誤判為 “幅值暫降”。

四、第四步：數(shù)據(jù)記錄與存儲(chǔ) —— 完整保存暫降信息（追溯依據(jù)）

判定為有效暫降后，裝置需完整記錄暫降的 “關(guān)鍵參數(shù) + 波形數(shù)據(jù)”，滿足后續(xù)故障溯源、影響評(píng)估的需求。

1. 記錄核心參數(shù)（結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)）

必錄參數(shù)（符合 GB/T 30137 要求）：

暫降發(fā)生時(shí)間：精確到毫秒（如 2024-06-10 14:25:30.123），通過(guò) GPS / 北斗授時(shí)確保時(shí)間戳精度 ±1ms；

幅值參數(shù)：暫降最低幅值（如 0.75p.u.）、平均幅值；

時(shí)間參數(shù)：持續(xù)時(shí)間（如 35ms）、從發(fā)生到最低幅值的時(shí)間（如 10ms）；

附加參數(shù)：相位跳變量（如 8°）、THD（如 5%）、發(fā)生回路（如 A 相）。

2. 記錄波形數(shù)據(jù)（原始波形）

波形片段要求裝置需保存 “暫降前 5 個(gè)周波（100ms）+ 暫降過(guò)程 + 暫降后 5 個(gè)周波（100ms）” 的完整電壓波形，采樣點(diǎn)密度與實(shí)時(shí)采樣一致（如 256 點(diǎn) / 周波）：

存儲(chǔ)格式：采用標(biāo)準(zhǔn) PQDIF（Power Quality Data Interchange Format）格式，可被主流電能質(zhì)量分析軟件（如 PQView）讀??；

存儲(chǔ)介質(zhì)：內(nèi)置 SD 卡（容量≥32GB，可存 1000 + 次暫降波形）或工業(yè)硬盤，支持循環(huán)覆蓋（ oldest data first ）。

五、第五步：時(shí)間同步與數(shù)據(jù)上傳 —— 支撐系統(tǒng)級(jí)分析

單臺(tái)裝置的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)需結(jié)合多臺(tái)裝置的信息才能定位暫降源（如判斷暫降來(lái)自電網(wǎng)側(cè)還是用戶側(cè)），因此需實(shí)現(xiàn) “時(shí)間同步” 與 “數(shù)據(jù)上傳”。

1. 時(shí)間同步：確保多裝置數(shù)據(jù)一致性

授時(shí)方式裝置內(nèi)置 GPS / 北斗授時(shí)模塊，或支持 NTP 網(wǎng)絡(luò)授時(shí)，確保所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的時(shí)間戳偏差≤1ms：

作用：當(dāng)某區(qū)域發(fā)生暫降時(shí)，可通過(guò)多臺(tái)裝置的時(shí)間戳對(duì)比，判斷暫降的 “傳播路徑”（如從變電站→用戶側(cè)），進(jìn)而定位擾動(dòng)源。

2. 數(shù)據(jù)上傳：實(shí)時(shí)告警與遠(yuǎn)程分析

上傳方式裝置通過(guò)以太網(wǎng)、4G/5G 或 RS485 通信，將暫降數(shù)據(jù)（參數(shù) + 波形）上傳至 “電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)主站系統(tǒng)”：

實(shí)時(shí)告警：上傳同時(shí)觸發(fā)本地聲光告警（如紅燈閃爍）或遠(yuǎn)程告警（如短信、APP 通知），方便運(yùn)維人員及時(shí)響應(yīng)；

歷史查詢：主站系統(tǒng)存儲(chǔ)所有暫降數(shù)據(jù)，支持按時(shí)間、幅值、持續(xù)時(shí)間等維度查詢，生成統(tǒng)計(jì)報(bào)告（如月度暫降次數(shù)、最大暫降幅值）。

總結(jié)

裝置監(jiān)測(cè)電壓暫降的核心邏輯是 “快速捕捉→精準(zhǔn)判斷→完整記錄”：通過(guò)高速采樣和實(shí)時(shí)有效值計(jì)算，確保暫降不遺漏；通過(guò)雙重閾值和持續(xù)時(shí)間判斷，避免誤判；通過(guò)完整的參數(shù)與波形記錄，支撐后續(xù)分析。不同等級(jí)的裝置（A 級(jí) / S 級(jí)）差異主要體現(xiàn)在 “采樣率（A 級(jí)更高）、誤差（A 級(jí)更?。⒏郊庸δ埽ˋ 級(jí)支持相位監(jiān)測(cè)）”，需根據(jù)監(jiān)測(cè)需求選擇。

審核編輯 黃宇