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基於ACR電力質量分析儀的電能質量在線監測方案
0 概述
隨(sui)著(zhe)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)技(ji)術(shu)的(de)蓬(peng)勃(bo)發(fa)展(zhan)，供(gong)電(dian)係(xi)統(tong)中(zhong)增(zeng)加(jia)了(le)大(da)量(liang)的(de)非(fei)線(xian)性(xing)負(fu)荷(he)，從(cong)低(di)壓(ya)小(xiao)容(rong)量(liang)的(de)家(jia)用(yong)電(dian)器(qi)到(dao)大(da)容(rong)量(liang)的(de)工(gong)業(ye)交(jiao)流(liu)變(bian)換(huan)器(qi)的(de)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)，引(yin)起(qi)了(le)電(dian)網(wang)電(dian)壓(ya)、電流波形的畸變，威脅到電力係統安全、穩定、經濟運行。在國家一些重要項目的建設中電網質量的監測顯得尤為重要，作為目前功能完整，體積較小的ACR230ELH電力質量分析儀對電能質量監測、解決諧波產生的問題有著重要的指導作用，且用電企業有必要建立電能質量監測係統，實現對整個配電電網電能質量的實時監控。
1 係統組成
電能質量在線監測係統主要有現場監測層，通訊傳輸層和數據管理層組成，係統拓撲結構見圖1。組網方式有網線、光纖、無線三種模式。
圖1 電能質量在線監測拓撲圖
1.1現場監測層
現場安裝各類電力質量分析儀，要求具有通訊功能。主要產品有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、複費率電能統計；THDu，THDi、2-31次各次諧波分量；電壓波峰係數、電話波形因子、電流K係數、電壓與電流不平衡度計算；電網電壓電流正、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
為了將監測層設備采集的數據傳送到服務器而負責數據通訊傳輸的設備，主要有通訊管理機、串口服務器、網絡交換機等。數據采集終端通過串口與監測層設備通訊，讀取其中數據，並進行初步分析、整理，將數據保存在本地SD卡(ka)中(zhong)，之(zhi)後(hou)將(jiang)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)給(gei)無(wu)線(xian)通(tong)訊(xun)模(mo)塊(kuai)。無(wu)線(xian)通(tong)訊(xun)模(mo)塊(kuai)采(cai)用(yong)射(she)頻(pin)技(ji)術(shu)，在(zai)現(xian)場(chang)組(zu)成(cheng)無(wu)線(xian)局(ju)域(yu)網(wang)絡(luo)，將(jiang)各(ge)點(dian)數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)終(zhong)端(duan)整(zheng)理(li)的(de)數(shu)據(ju)收(shou)集(ji)並(bing)傳(chuan)輸(shu)到(dao)後(hou)台(tai)服(fu)務(wu)器(qi)，也(ye)可(ke)用(yong)網(wang)線(xian)或(huo)光(guang)纖(xian)的(de)方(fang)式(shi)傳(chuan)輸(shu)數(shu)據(ju)。
1.3數據管理層
對采集數據進行存儲、解析及應用的過程，包括服務器架設、各種軟件的應用。
2.1 標準的監測係統具有CAD一次單線圖顯示中、低壓配電網絡的接線情況；龐大的係統具有多畫麵切換及畫麵導航的功能；分散的配電係統具有空間地理平麵的係統主畫麵。主畫麵可直接顯示各回路的運行狀態，並具有回路帶電、非帶電及故障著色的功能。主要電參量直接顯示於人機交互界麵並實時刷新。監測係統配電一次圖見圖2。
圖2 監測係統配電一次圖
2.2 用戶管理
可對不同級別的用戶賦予不同權限，從而保證係統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後方可完成操作。
2.3 數據采集處理
通過Acrel-2000型電能質量在線監測係統可實時和定時采集現場設備的各電參量及開關量狀態（包括三相電壓、電流、功率、功率因數、頻率、諧波、不平衡度、電流K係數、電話波形因子、電壓波峰係數、電能、溫度、開關位置、設備運行狀態等），將采集到的數據或直接顯示、或通過統計計算生成新的直觀的數據信息再顯示（總係統功率、負荷最大值、功率因數上下限等），並對重要信息量進行數據庫存儲。見圖3。
圖3 數據采集處理
2.4 趨勢曲線分析
係xi統tong提ti供gong了le實shi時shi曲qu線xian和he曆li史shi趨qu勢shi兩liang種zhong曲qu線xian分fen析xi界jie麵mian，通tong過guo調tiao用yong相xiang關guan回hui路lu實shi時shi曲qu線xian界jie麵mian分fen析xi該gai回hui路lu當dang前qian的de負fu荷he運yun行xing狀zhuang況kuang。如ru通tong過guo調tiao用yong某mou配pei出chu回hui路lu的de實shi時shi曲qu線xian可ke分fen析xi該gai回hui路lu的de電dian氣qi設she備bei所suo引yin起qi的de信xin號hao波bo動dong情qing況kuang。係xi統tong的de曆li史shi趨qu勢shi即ji係xi統tong對dui所suo有you已yi存cun儲chu數shu據ju均jun可ke查zha看kan其qi曆li史shi趨qu勢shi，方fang便bian工gong程cheng人ren員yuan對dui監jian測ce的de配pei電dian網wang絡luo進jin行xing質zhi量liang分fen析xi。
2.5 報表管理
係統具有標準的電能報表格式並可根據用戶需求設計符合其需要的報表格式，係統可自動設計。可自動生成各種類型的實時運行報表、曆史報表、事件故障及告警記錄報表，操作記錄報表等，可以查詢和打印係統記錄的所有數據值，自動生成電能的日、月、季、年度報表，根據複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、間隔等參數可自行設置；係統設計還可根據用戶需求量身定製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內首座永久性場館，位於盧浦大橋東側世博園區B區濱江綠地內，東西長約350米，南北寬約140米，總建築麵積約14萬平方米，現已建成並投入試運營。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低壓配電站係統，由2個受電櫃、2個應急進線櫃、1個母聯櫃、4個補償櫃，155個饋出櫃組成。饋出櫃負載具體可分為：展覽用電、照明用電、空調風機用電、動力用電和消防用電。配電係統中采用了LED等節能光源、大功率變頻中央空調、展覽用電等大量非線性用電設備，雖然降低了實際的功耗，以實現節能的目標，但是這些設備都是電力係統諧波的主要來源；這zhe些xie設she備bei即ji使shi供gong給gei它ta們men理li想xiang的de正zheng弦xian波bo電dian壓ya，取qu用yong的de電dian流liu也ye是shi非fei線xian性xing的de，即ji有you諧xie波bo電dian流liu存cun在zai。這zhe些xie設she備bei產chan生sheng的de諧xie波bo電dian流liu注zhu入ru電dian力li係xi統tong中zhong，使shi係xi統tong各ge處chu電dian壓ya產chan生sheng諧xie波bo分fen量liang。這zhe些xie設she備bei單dan個ge容rong量liang不bu大da，但dan基ji數shu很hen大da且qie散san布bu於yu各ge處chu，電dian力li部bu門men又you難nan以yi治zhi理li。假jia如ru這zhe些xie設she備bei的de電dian流liu諧xie波bo含han量liang過guo大da，則ze會hui對dui世shi博bo中zhong心xin場chang館guan電dian力li係xi統tong造zao成cheng嚴yan重zhong影ying響xiang。
ACR230ELH電力質量分析儀在現場使用之後，用戶除了可以通過該表了解所有常規電參數之外，可以了解世博中心場館現場各種電力設備投運前、後(hou)相(xiang)關(guan)係(xi)統(tong)的(de)電(dian)力(li)質(zhi)量(liang)水(shui)平(ping)及(ji)其(qi)變(bian)化(hua)對(dui)有(you)關(guan)設(she)備(bei)的(de)影(ying)響(xiang)，方(fang)便(bian)電(dian)力(li)質(zhi)量(liang)故(gu)障(zhang)診(zhen)斷(duan)和(he)異(yi)常(chang)的(de)原(yuan)因(yin)測(ce)量(liang)，為(wei)大(da)型(xing)公(gong)建(jian)的(de)穩(wen)定(ding)運(yun)行(xing)提(ti)供(gong)實(shi)時(shi)數(shu)據(ju)。
在該項目中主要用到了該產品的以下功能，常規電參數測量、複費率電能計量、電力質量分析、分斷開關的分合狀態指示以及485通訊組網。現場係統網絡結構：現場設備層——網絡通訊層——站控管理層。也即是：先將現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網服務器轉換成TCP/IP以太網與監控主機進行數據交換，最終由方便管理人員通過監測係統軟件了解及掌握現場狀況，並進行實時監測。
3.1現場設備層采集所需實時監測的電參量：
現場設備層是數據采集終端，主要是由智能儀表組成(此項目中主要為ACR230ELH電力質量分析儀)，向數據中心上傳存儲的參數。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、功率因數及頻率；電容補償回路的功率因數、有功、無功功率；聯絡回路的三相電壓、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網絡通訊層實現數據傳輸：
在現場設備(如ACR230ELH)中zhong采cai集ji到dao的de電dian參can量liang，通tong過guo以yi太tai網wang實shi現xian係xi統tong信xin息xi的de交jiao換huan和he共gong享xiang，並bing將jiang數shu據ju提ti供gong給gei總zong變bian監jian控kong係xi統tong。同tong時shi，轉zhuan達da上shang位wei機ji對dui現xian場chang設she備bei的de各ge種zhong控kong製zhi命ming令ling。
3.3站控管理層以最直觀方便的形式反映現場各個運行狀態：
zhankongguanlicengzhenduijiancexitongdeguanlirenyuan，shirenjijiaohudezhijiechuangkou，yeshixitongdezuishangcengbumen。jiancexitongruanjianjuyoulianghaoderenjijiaohujiemian，duicaijidexianchanggeleishujuxinxijisuan、分析與處理，以報表及圖文方式直觀地體現各種電參量信息及係統運行以來的具有參考價值的曆史數據，如諧波數據、棒圖及曲線，電力能耗的日、月、年報表，日誌報表等等。
4 報價方案
4.1 數據管理層
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名稱
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型號
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單位
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麵價（元）
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監控主機
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IPC610H/PIV2.8G/1G/120G/16*DVD
/KB+MS/D-Link530+外設
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台
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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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台
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3000
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三星22寸液晶顯示器
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台
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3800
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打印機
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HP LaserJet.1020 A4
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台
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2500
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EPSON-LQ1600KIIIH A3
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台
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4000
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UPS電源
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山特C1KS
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台
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5000
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山特C2KS
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台
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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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通訊機櫃
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1200*600*600
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麵
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3000
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2200*600*600
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麵
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5000
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監控軟件
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Acrel-2000電力監控組態軟件V6.0
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係統組態軟件
圖形組態軟件
電能管理軟件
數據庫軟件
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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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數據轉發
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每+1用戶
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套
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3000
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Web發布
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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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麵價（元）
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遠距離傳輸
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光電轉換
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HTB-1000
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隻
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750
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終端盒
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隻
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60
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尾纖
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麵
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50
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耦合器
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麵
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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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隻
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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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隻
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5500
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通訊前置機ACRNET-UC02(2口)
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隻
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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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隻
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6000
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通訊前置機ACRNET-UC08(8口)
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隻
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11500
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通訊管理機ACRHMI
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台
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30000
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人機界麵
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組網設備
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網絡交換機EDS-208
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台
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3000
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局域組網
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網絡交換機EDS-408
|
台
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8500
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4.3 電力質量分析儀表
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應用場合
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電力質量分析儀
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單位
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型號
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麵價（元）
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低壓重要回路
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台
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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櫃
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ACR230ELH
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4860
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ACR330ELH
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5 結束語
隨sui著zhe社she會hui經jing濟ji的de發fa展zhan及ji電dian力li的de廣guang泛fan應ying用yong，電dian能neng質zhi量liang在zai線xian監jian測ce係xi統tong已yi成cheng為wei電dian網wang用yong戶hu側ce配pei電dian係xi統tong建jian設she的de必bi然ran選xuan擇ze，本ben文wen介jie紹shao的de電dian力li質zhi量liang分fen析xi儀yi，可ke以yi實shi現xian對dui電dian能neng質zhi量liang的de在zai線xian監jian測ce，實shi現xian對dui采cai集ji數shu據ju的de分fen析xi、處理，並生成各種電能質量報表、分析曲線、圖形等，便於電能的分析、研究。該產品及係統在上海世博中心、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濟效益。
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