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基于ACR電力質(zhì)量分析儀的電能質(zhì)量在線監(jiān)測方案
0 概述
隨著電力電子技術的蓬勃發(fā)展，供電系統(tǒng)中增加了大量的非線性負荷，從低壓小容量的家用電器到大容量的工業(yè)交流變換器的廣泛應用，引起了電網(wǎng)電壓、電流波形的畸變，威脅到電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行。在國家一些重要項目的建設中電網(wǎng)質(zhì)量的監(jiān)測顯得尤為重要，作為目前功能完整，體積較小的ACR230ELH電力質(zhì)量分析儀對電能質(zhì)量監(jiān)測、解決諧波產(chǎn)生的問題有著重要的指導作用，且用電企業(yè)有必要建立電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對整個配電電網(wǎng)電能質(zhì)量的實時監(jiān)控。
1 系統(tǒng)組成
電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)主要有現(xiàn)場監(jiān)測層，通訊傳輸層和數(shù)據(jù)管理層組成，系統(tǒng)拓撲結構見圖1。組網(wǎng)方式有網(wǎng)線、光纖、無線三種模式。
圖1 電能質(zhì)量在線監(jiān)測拓撲圖
1.1現(xiàn)場監(jiān)測層
現(xiàn)場安裝各類電力質(zhì)量分析儀，要求具有通訊功能。主要產(chǎn)品有ACR330ELH、ACR320ELH、ACR230ELH、ACR220ELH等電力儀表，主要功能見表1.1。
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型號
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主要功能
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開孔尺寸（mm）
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ACR220ELH
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三相I、U、kW、Kvar、kWh、Kvarh、Hz、cosΦ；THDu、THDi、2-31次各次諧波分量；四象限電能、RS485/Modbus、LCD顯示
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88X88
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ACR320ELH
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108X108
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ACR230ELH
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LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限電能計量、復費率電能統(tǒng)計；THDu，THDi、2-31次各次諧波分量；電壓波峰系數(shù)、電話波形因子、電流K系數(shù)、電壓與電流不平衡度計算；電網(wǎng)電壓電流正、負、零序分量（含負序電流）測量；4DI+3DO（DO3做過壓、欠壓、過流、不平衡報警）；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議
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88X88
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ACR330ELH
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108X108
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1.2 通訊傳輸層
為了將監(jiān)測層設備采集的數(shù)據(jù)傳送到服務器而負責數(shù)據(jù)通訊傳輸?shù)脑O備，主要有通訊管理機、串口服務器、網(wǎng)絡交換機等。數(shù)據(jù)采集終端通過串口與監(jiān)測層設備通訊，讀取其中數(shù)據(jù)，并進行初步分析、整理，將數(shù)據(jù)保存在本地SD卡中，之后將數(shù)據(jù)傳輸給無線通訊模塊。無線通訊模塊采用射頻技術，在現(xiàn)場組成無線局域網(wǎng)絡，將各點數(shù)據(jù)采集終端整理的數(shù)據(jù)收集并傳輸?shù)胶笈_服務器，也可用網(wǎng)線或光纖的方式傳輸數(shù)據(jù)。
1.3數(shù)據(jù)管理層
對采集數(shù)據(jù)進行存儲、解析及應用的過程，包括服務器架設、各種軟件的應用。
2.1 標準的監(jiān)測系統(tǒng)具有CAD一次單線圖顯示中、低壓配電網(wǎng)絡的接線情況；龐大的系統(tǒng)具有多畫面切換及畫面導航的功能；分散的配電系統(tǒng)具有空間地理平面的系統(tǒng)主畫面。主畫面可直接顯示各回路的運行狀態(tài)，并具有回路帶電、非帶電及故障著色的功能。主要電參量直接顯示于人機交互界面并實時刷新。監(jiān)測系統(tǒng)配電一次圖見圖2。
圖2 監(jiān)測系統(tǒng)配電一次圖
2.2 用戶管理
可對不同級別的用戶賦予不同權限，從而保證系統(tǒng)在運行過程中的安全性和可靠性。如對某重要回路的合/分閘操作，需操作員級用戶輸入操作口令，還需工程師級用戶輸入確認口令后方可完成操作。
2.3 數(shù)據(jù)采集處理
通過Acrel-2000型電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)可實時和定時采集現(xiàn)場設備的各電參量及開關量狀態(tài)（包括三相電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率、諧波、不平衡度、電流K系數(shù)、電話波形因子、電壓波峰系數(shù)、電能、溫度、開關位置、設備運行狀態(tài)等），將采集到的數(shù)據(jù)或直接顯示、或通過統(tǒng)計計算生成新的直觀的數(shù)據(jù)信息再顯示（總系統(tǒng)功率、負荷最大值、功率因數(shù)上下限等），并對重要信息量進行數(shù)據(jù)庫存儲。見圖3。
圖3 數(shù)據(jù)采集處理
2.4 趨勢曲線分析
系統(tǒng)提供了實時曲線和歷史趨勢兩種曲線分析界面，通過調(diào)用相關回路實時曲線界面分析該回路當前的負荷運行狀況。如通過調(diào)用某配出回路的實時曲線可分析該回路的電氣設備所引起的信號波動情況。系統(tǒng)的歷史趨勢即系統(tǒng)對所有已存儲數(shù)據(jù)均可查看其歷史趨勢，方便工程人員對監(jiān)測的配電網(wǎng)絡進行質(zhì)量分析。
2.5 報表管理
系統(tǒng)具有標準的電能報表格式并可根據(jù)用戶需求設計符合其需要的報表格式，系統(tǒng)可自動設計。可自動生成各種類型的實時運行報表、歷史報表、事件故障及告警記錄報表，操作記錄報表等，可以查詢和打印系統(tǒng)記錄的所有數(shù)據(jù)值，自動生成電能的日、月、季、年度報表，根據(jù)復費率的時段及費率的設定值生成電能的費率報表，查詢打印的起點、間隔等參數(shù)可自行設置；系統(tǒng)設計還可根據(jù)用戶需求量身定制滿足不同要求的報表輸出功能。
3 典型應用
世博中心是上海世博會園區(qū)內(nèi)首座永久性場館，位于盧浦大橋東側世博園區(qū)B區(qū)濱江綠地內(nèi)，東西長約350米，南北寬約140米，總建筑面積約14萬平方米，現(xiàn)已建成并投入試運營。世博中心作為世博永久性場館中最重要的場館之一，在世博會期間，將承擔世博會運營指揮中心、慶典會議中心、新聞中心、論壇活動中心等功能。
上海安科瑞電氣股份有限公司的ACR230ELH電力質(zhì)量分析儀在該項目中一舉包攬了中心場館5個變電所的所有電力數(shù)顯示儀表。以世博中心地下5個變電所中的1#所舉例：這是一個0.4kV低壓配電站系統(tǒng)，由2個受電柜、2個應急進線柜、1個母聯(lián)柜、4個補償柜，155個饋出柜組成。饋出柜負載具體可分為：展覽用電、照明用電、空調(diào)風機用電、動力用電和消防用電。配電系統(tǒng)中采用了LED等節(jié)能光源、大功率變頻中央空調(diào)、展覽用電等大量非線性用電設備，雖然降低了實際的功耗，以實現(xiàn)節(jié)能的目標，但是這些設備都是電力系統(tǒng)諧波的主要來源；這些設備即使供給它們理想的正弦波電壓，取用的電流也是非線性的，即有諧波電流存在。這些設備產(chǎn)生的諧波電流注入電力系統(tǒng)中，使系統(tǒng)各處電壓產(chǎn)生諧波分量。這些設備單個容量不大，但基數(shù)很大且散布于各處，電力部門又難以治理。假如這些設備的電流諧波含量過大，則會對世博中心場館電力系統(tǒng)造成嚴重影響。
ACR230ELH電力質(zhì)量分析儀在現(xiàn)場使用之后，用戶除了可以通過該表了解所有常規(guī)電參數(shù)之外，可以了解世博中心場館現(xiàn)場各種電力設備投運前、后相關系統(tǒng)的電力質(zhì)量水平及其變化對有關設備的影響，方便電力質(zhì)量故障診斷和異常的原因測量，為大型公建的穩(wěn)定運行提供實時數(shù)據(jù)。
在該項目中主要用到了該產(chǎn)品的以下功能，常規(guī)電參數(shù)測量、復費率電能計量、電力質(zhì)量分析、分斷開關的分合狀態(tài)指示以及485通訊組網(wǎng)。現(xiàn)場系統(tǒng)網(wǎng)絡結構：現(xiàn)場設備層——網(wǎng)絡通訊層——站控管理層。也即是：先將現(xiàn)場智能設備接入就地的Modbus總線，再將Modbus總線通過串口設備聯(lián)網(wǎng)服務器轉(zhuǎn)換成TCP/IP以太網(wǎng)與監(jiān)控主機進行數(shù)據(jù)交換，最終由方便管理人員通過監(jiān)測系統(tǒng)軟件了解及掌握現(xiàn)場狀況，并進行實時監(jiān)測。
3.1現(xiàn)場設備層采集所需實時監(jiān)測的電參量：
現(xiàn)場設備層是數(shù)據(jù)采集終端，主要是由智能儀表組成(此項目中主要為ACR230ELH電力質(zhì)量分析儀)，向數(shù)據(jù)中心上傳存儲的參數(shù)。世博中心場管項目中，例如主進線回路的三相電流、三相電壓、有功/無功功率、功率因數(shù)及頻率；電容補償回路的功率因數(shù)、有功、無功功率；聯(lián)絡回路的三相電壓、電流；普通低壓出線回路的三相電流、功率；重要低壓出線回路的三相電流、有功、無功功率、電壓和電流的2－31次諧波、諧波畸變率（THDi、THDu）等電參量；
3.2網(wǎng)絡通訊層實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸：
在現(xiàn)場設備(如ACR230ELH)中采集到的電參量，通過以太網(wǎng)實現(xiàn)系統(tǒng)信息的交換和共享，并將數(shù)據(jù)提供給總變監(jiān)控系統(tǒng)。同時，轉(zhuǎn)達上位機對現(xiàn)場設備的各種控制命令。
3.3站控管理層以最直觀方便的形式反映現(xiàn)場各個運行狀態(tài)：
站控管理層針對監(jiān)測系統(tǒng)的管理人員，是人機交互的直接窗口，也是系統(tǒng)的最上層部門。監(jiān)測系統(tǒng)軟件具有良好的人機交互界面，對采集的現(xiàn)場各類數(shù)據(jù)信息計算、分析與處理，以報表及圖文方式直觀地體現(xiàn)各種電參量信息及系統(tǒng)運行以來的具有參考價值的歷史數(shù)據(jù)，如諧波數(shù)據(jù)、棒圖及曲線，電力能耗的日、月、年報表，日志報表等等。
4 報價方案
4.1 數(shù)據(jù)管理層
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名稱
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型號
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單位
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面價（元）
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監(jiān)控主機
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IPC610H/PIV2.8G/1G/120G/16*DVD
/KB+MS/D-Link530+外設
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臺
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8500
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顯示器
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三星19寸液晶顯示器
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臺
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3000
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三星22寸液晶顯示器
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臺
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3800
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打印機
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HP LaserJet.1020 A4
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臺
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2500
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EPSON-LQ1600KIIIH A3
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臺
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4000
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UPS電源
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山特C1KS
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臺
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5000
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山特C2KS
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臺
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6500
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通訊線纜
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五類線
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米
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4.6
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屏蔽雙絞線RVVP 2*1.0
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米
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5.6
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光纖（多模）
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米
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6.6
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通訊機柜
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1200*600*600
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面
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3000
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2200*600*600
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面
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5000
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監(jiān)控軟件
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Acrel-2000電力監(jiān)控組態(tài)軟件V6.0
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系統(tǒng)組態(tài)軟件
圖形組態(tài)軟件
電能管理軟件
數(shù)據(jù)庫軟件
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套
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3萬
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4萬
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6萬
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8萬
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10萬以上
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雙機版
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套
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數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)
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每+1用戶
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套
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3000
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Web發(fā)布
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每+1用戶（總用戶≤5）
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套
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5000
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4.2.通訊傳輸層
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名稱
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型號
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單位
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面價（元）
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遠距離傳輸
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光電轉(zhuǎn)換
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HTB-1000
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只
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750
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終端盒
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只
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60
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尾纖
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面
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50
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耦合器
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面
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50
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熔接點
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個
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50
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通訊轉(zhuǎn)換
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拓展卡ACRNET-PIC/4
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塊
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3000
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擴展卡
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串口服務器ACRNET-PORT(2口)
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只
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3000
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串口服務器
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串口服務器ACRNET-PORT(4口)
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只
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5500
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通訊前置機ACRNET-UC02(2口)
|
只
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4000
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通訊前置機
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通訊前置機ACRNET-UC04(4口)
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只
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6000
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通訊前置機ACRNET-UC08(8口)
|
只
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11500
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通訊管理機ACRHMI
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臺
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30000
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人機界面
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組網(wǎng)設備
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網(wǎng)絡交換機EDS-208
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臺
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3000
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局域組網(wǎng)
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網(wǎng)絡交換機EDS-408
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臺
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8500
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4.3 電力質(zhì)量分析儀表
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應用場合
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電力質(zhì)量分析儀
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單位
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型號
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面價（元）
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低壓重要回路
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臺
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ACR220ELH
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4280
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ACR320ELH
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高壓重要回路或低壓進線柜
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ACR230ELH
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4860
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ACR330ELH
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5 結束語
隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展及電力的廣泛應用，電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)已成為電網(wǎng)用戶側配電系統(tǒng)建設的必然選擇，本文介紹的電力質(zhì)量分析儀，可以實現(xiàn)對電能質(zhì)量的在線監(jiān)測，實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的分析、處理，并生成各種電能質(zhì)量報表、分析曲線、圖形等，便于電能的分析、研究。該產(chǎn)品及系統(tǒng)在上海世博中心、奧運會臨時配電中心、蘇州金墅國際公寓等項目中運行，取得了較好的社會效益和經(jīng)濟效益。
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