配电系统电能质量的检测和调整

1、配电系统谐波症状的危害

今天，很多情况下用户往往会以各种形式抱怨电力质量的问题。一种情况就是抱怨由于电源的原因，造成计算机，打印机，网络和复印机运行不良或不可靠；另一种情况，是从电力维护的角度看，变压器过热、配电盘的振动、噪声或断路器的有害动作可能是存在电力问题的重要线索。究其原因是什么呐？

如今的配电系统比起20年前，有着更多不同类型的负载。这些负载在原来系统设计时没有考虑进去，虽然它们没有明显特征，但这些负载可能在非常高的电流和电压下运行。然而这些累积效应会引起过热，绝缘过应力和电气柜的谐振，将甚至烧毁电机、电机驱动器和变压器，对组成生产中枢的电气元件造成极大危害。在这些系统中，谐波的危害是潜在的，一个很小的增长就会导致变压器或其它设备过早损坏或逐渐毁坏。

以上这些现象就是典型的谐波症状，而产生这些谐波的负载，称之为非线性负载。虽然这些症状是显而易见的，但是要证明谐波就是危害产生的原因并要确定谐波源，以作为寻找危害根源和修正系统提供必要的依据，却一直是人们期待要介决的问题。

值此应该将重点讨论涉及电能质量的谐波电压电流的检测及调整方案。尤其应对这些问题的新型电能测量工具一电能质量分析仪选择作说明。首先从谐波产生的原因说起。

2、非线性负载是谐波的原因

⑴什么是谐波？它是指其频率为基波频率整数倍的电压或电流。例如基波频率为50Hz，则3次谐波为150Hz，5次谐波为250Hz。

⑵谐波是由非线性负载所造成的。例如PC机，打印机，荧光灯，调速马达驱动，充电器以及电镀设备等。这些设备将从电路中获取跃变的脉冲波形电流而不是平滑的正弦波。结果是含有谐波的畸变电流回流到电力系统的其它地方。而办公室的非线性负载通常是单相的，而工厂里通常是三相的。

⑶谐波的影响

非线性负载只是在输入电压被控制的部分吸取电流。这样可以很好地提高效率，但却会在负载电流中引起谐波。随后，这些谐波会导致电力变压器和中线发热，以及断路器动作，更为严重的是烧毁马达和变压器。如果观察系统中电压和电流的波形，问题就非常明显。一个正常的50Hx的线路电压在示波器上几乎是一个很好的正弦波。当谐波出现时，波形就失真了，见图1所示。

图1

即使没有明显的症状，谐波也余使系统的功率因数下降。

3、什么情况下作谐波的检测

某些情况下设备维护工程师往往会对渐变的谐波影响放松警惕。实际上当存在非线性负载时，谐波失真总量就会增加。谐波经常引起过热现象，即电气柜、变压器和电机等温度上升。中线导体也会快速变热，甚至导致绝缘熔化。因为电气规程不允许中线安装熔丝保护，所以这时是非常危险的。一旦发现设备有过热问题，通常应该检查过电流。用数字万用表和电流探头在电机端可以测量出过量的相电流。示波器可以显示出供电电流的失真。

通过系统的谐波谱图（见图2）可以看到经常发生在电机驱动系统中谐波问题的本质。从电力质量分析仪测量（以Fluke43型谐波故障检测仪测量为例）的显示中，可以看到5次和7次谐波占主导地位。谐波柱图指示5次和7次谐波很高，这种情况在调频电机驱动的系统经常发生。

图2