配電系統電能質(zhì)量的檢測和調整

1、配電系統諧波癥狀的危害

今天，很多情況下用戶(hù)往往會(huì )以各種形式抱怨電力質(zhì)量的問(wèn)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(wǎng)絡(luò )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(guò)熱、配電盤(pán)的振動(dòng)、噪聲或斷路器的有害動(dòng)作可能是存在電力問(wèn)題的重要線(xiàn)索。究其原因是什么吶？

如今的配電系統比起20年前，有著(zhù)更多不同類(lèi)型的負載。這些負載在原來(lái)系統設計時(shí)沒(méi)有考慮進(jìn)去，雖然它們沒(méi)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(huì )引起過(guò)熱，絕緣過(guò)應力和電氣柜的諧振，將甚至燒毀電機、電機驅動(dòng)器和變壓器，對組成生產(chǎn)中樞的電氣元件造成極大危害。在這些系統中，諧波的危害是潛在的，一個(gè)很小的增長(cháng)就會(huì )導致變壓器或其它設備過(guò)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(chǎn)生這些諧波的負載，稱(chēng)之為非線(xiàn)性負載。雖然這些癥狀是顯而易見(jiàn)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提供必要的依據，卻一直是人們期待要介決的問(wèn)題。

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

2、非線(xiàn)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(xiàn)性負載所造成的。例如PC機，打印機，熒光燈，調速馬達驅動(dòng)，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的其它地方。而辦公室的非線(xiàn)性負載通常是單相的，而工廠(chǎng)里通常是三相的。

⑶諧波的影響

非線(xiàn)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(huì )在負載電流中引起諧波。隨后，這些諧波會(huì )導致電力變壓器和中線(xiàn)發(fā)熱，以及斷路器動(dòng)作，更為嚴重的是燒毀馬達和變壓器。如果觀(guān)察系統中電壓和電流的波形，問(wèn)題就非常明顯。一個(gè)正常的50Hx的線(xiàn)路電壓在示波器上幾乎是一個(gè)很好的正弦波。當諧波出現時(shí)，波形就失真了，見(jiàn)圖1所示。

圖1

即使沒(méi)有明顯的癥狀，諧波也余使系統的功率因數下降。

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(huì )對漸變的諧波影響放松警惕。實(shí)際上當存在非線(xiàn)性負載時(shí)，諧波失真總量就會(huì )增加。諧波經(jīng)常引起過(guò)熱現象，即電氣柜、變壓器和電機等溫度上升。中線(xiàn)導體也會(huì )快速變熱，甚至導致絕緣熔化。因為電氣規程不允許中線(xiàn)安裝熔絲保護，所以這時(shí)是非常危險的。一旦發(fā)現設備有過(guò)熱問(wèn)題，通常應該檢查過(guò)電流。用數字萬(wàn)用表和電流探頭在電機端可以測量出過(guò)量的相電流。示波器可以顯示出供電電流的失真。

通過(guò)系統的諧波譜圖（見(jiàn)圖2）可以看到經(jīng)常發(fā)生在電機驅動(dòng)系統中諧波問(wèn)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(dòng)的系統經(jīng)常發(fā)生。

圖2