配電系統(tǒng)電能質量的檢測和調整

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量的問題。一種情況就是抱怨由于電源的原因，造成計算機，打印機，網絡和復印機運行不良或不可靠；另一種情況，是從電力維護的角度看，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載。這些負載在原來系統(tǒng)設計時沒有考慮進去，雖然它們沒有明顯特征，但這些負載可能在非常高的電流和電壓下運行。然而這些累積效應會引起過熱，絕緣過應力和電氣柜的諧振，將甚至燒毀電機、電機驅動器和變壓器，對組成生產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致變壓器或其它設備過早損壞或逐漸毀壞。

以上這些現象就是典型的諧波癥狀，而產生這些諧波的負載，稱之為非線性負載。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，卻一直是人們期待要介決的問題。

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

2、非線性負載是諧波的原因

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諧波是由非線性負載所造成的。例如PC機，打印機，熒光燈，調速馬達驅動，充電器以及電鍍設備等。這些設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，但卻會在負載電流中引起諧波。隨后，這些諧波會導致電力變壓器和中線發(fā)熱，以及斷路器動作，更為嚴重的是燒毀馬達和變壓器。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。當諧波出現時，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)的功率因數下降。

3、什么情況下作諧波的檢測

某些情況下設備維護工程師往往會對漸變的諧波影響放松警惕。實際上當存在非線性負載時，諧波失真總量就會增加。諧波經常引起過熱現象，即電氣柜、變壓器和電機等溫度上升。中線導體也會快速變熱，甚至導致絕緣熔化。因為電氣規(guī)程不允許中線安裝熔絲保護，所以這時是非常危險的。一旦發(fā)現設備有過熱問題，通常應該檢查過電流。用數字萬用表和電流探頭在電機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）可以看到經常發(fā)生在電機驅動系統(tǒng)中諧波問題的本質。從電力質量分析儀測量（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次諧波占主導地位。諧波柱圖指示5次和7次諧波很高，這種情況在調頻電機驅動的系統(tǒng)經常發(fā)生。

圖2