配電系統(tǒng)電能質(zhì)量的檢測和調(diào)整

1、配電系統(tǒng)諧波癥狀的危害

今天，很多情況下用戶往往會以各種形式抱怨電力質(zhì)量的問題。一種情況就是抱怨由于電源的原因，造成計(jì)算機(jī)，打印機(jī)，網(wǎng)絡(luò)和復(fù)印機(jī)運(yùn)行不良或不可靠；另一種情況，是從電力維護(hù)的角度看，變壓器過熱、配電盤的振動、噪聲或斷路器的有害動作可能是存在電力問題的重要線索。究其原因是什么吶？

如今的配電系統(tǒng)比起20年前，有著更多不同類型的負(fù)載。這些負(fù)載在原來系統(tǒng)設(shè)計(jì)時沒有考慮進(jìn)去，雖然它們沒有明顯特征，但這些負(fù)載可能在非常高的電流和電壓下運(yùn)行。然而這些累積效應(yīng)會引起過熱，絕緣過應(yīng)力和電氣柜的諧振，將甚至燒毀電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動器和變壓器，對組成生產(chǎn)中樞的電氣元件造成極大危害。在這些系統(tǒng)中，諧波的危害是潛在的，一個很小的增長就會導(dǎo)致變壓器或其它設(shè)備過早損壞或逐漸毀壞。

以上這些現(xiàn)象就是典型的諧波癥狀，而產(chǎn)生這些諧波的負(fù)載，稱之為非線性負(fù)載。雖然這些癥狀是顯而易見的，但是要證明諧波就是危害產(chǎn)生的原因并要確定諧波源，以作為尋找危害根源和修正系統(tǒng)提供必要的依據(jù)，卻一直是人們期待要介決的問題。

值此應(yīng)該將重點(diǎn)討論涉及電能質(zhì)量的諧波電壓電流的檢測及調(diào)整方案。尤其應(yīng)對這些問題的新型電能測量工具一電能質(zhì)量分析儀選擇作說明。首先從諧波產(chǎn)生的原因說起。

2、非線性負(fù)載是諧波的原因

⑴什么是諧波？它是指其頻率為基波頻率整數(shù)倍的電壓或電流。例如基波頻率為50Hz，則3次諧波為150Hz，5次諧波為250Hz。

⑵諧波是由非線性負(fù)載所造成的。例如PC機(jī)，打印機(jī)，熒光燈，調(diào)速馬達(dá)驅(qū)動，充電器以及電鍍設(shè)備等。這些設(shè)備將從電路中獲取躍變的脈沖波形電流而不是平滑的正弦波。結(jié)果是含有諧波的畸變電流回流到電力系統(tǒng)的其它地方。而辦公室的非線性負(fù)載通常是單相的，而工廠里通常是三相的。

⑶諧波的影響

非線性負(fù)載只是在輸入電壓被控制的部分吸取電流。這樣可以很好地提高效率，但卻會在負(fù)載電流中引起諧波。隨后，這些諧波會導(dǎo)致電力變壓器和中線發(fā)熱，以及斷路器動作，更為嚴(yán)重的是燒毀馬達(dá)和變壓器。如果觀察系統(tǒng)中電壓和電流的波形，問題就非常明顯。一個正常的50Hx的線路電壓在示波器上幾乎是一個很好的正弦波。當(dāng)諧波出現(xiàn)時，波形就失真了，見圖1所示。

圖1

即使沒有明顯的癥狀，諧波也余使系統(tǒng)的功率因數(shù)下降。

3、什么情況下作諧波的檢測

某些情況下設(shè)備維護(hù)工程師往往會對漸變的諧波影響放松警惕。實(shí)際上當(dāng)存在非線性負(fù)載時，諧波失真總量就會增加。諧波經(jīng)常引起過熱現(xiàn)象，即電氣柜、變壓器和電機(jī)等溫度上升。中線導(dǎo)體也會快速變熱，甚至導(dǎo)致絕緣熔化。因?yàn)殡姎庖?guī)程不允許中線安裝熔絲保護(hù)，所以這時是非常危險(xiǎn)的。一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)備有過熱問題，通常應(yīng)該檢查過電流。用數(shù)字萬用表和電流探頭在電機(jī)端可以測量出過量的相電流。示波器可以顯示出供電電流的失真。

通過系統(tǒng)的諧波譜圖（見圖2）可以看到經(jīng)常發(fā)生在電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中諧波問題的本質(zhì)。從電力質(zhì)量分析儀測量（以Fluke43型諧波故障檢測儀測量為例）的顯示中，可以看到5次和7次諧波占主導(dǎo)地位。諧波柱圖指示5次和7次諧波很高，這種情況在調(diào)頻電機(jī)驅(qū)動的系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)生。

圖2