从测量到解决办法 - 配电系统电能质量的检测和调整

　　如果系统中的电气负载绝大部分是非线性的，那么一台专业的谐波故障检测仪，将是非常有价值的工具。当存在谐波时，谐波失真总量的真实读数使你能够预测到谐波的短期和长期效应。一台手持式谐波故障检测仪，还可以提供另外一个重要读数一K因数。K因数用一个数字表示，对于没有谐波的系统，K因数为1.0。高的K因数代表可以承受高的谐波水平。

　　一台专业的谐波故障检测仪可以提供完整的谐波频谱，使有经验的工程师或技师能够迅速估计潜在的谐波源。

　　在进行故障检测时，要确定所得到的每个读数都是真有效值。真有效值读数对所有波形都是正确的，而不仅仅是正弦波。最重要的是，它可以确切地指示系统中谐波的热效应。在非线性系统中，谐波引起的发热是最危险的。系统电压的稳定性也将受到有害的影响。如果拥有先进的工具和故障检测的实践经验，将可以控制所有这些问题。

　　以下介绍谐波的典型测量方法和在什么地方进行测量，介绍在同一系统发现的实际故障和问题以及如何解决它们。此外，还将提供有关功率因数的信息。

　　⑴减小三相系统谐波的影响举例

　　系统特征：图6表示的是一个带有非线性负载的三相电力配电系统的框图。

　　图6

　　它给2个SCR控制的凋速电机供电。其它负载还有几个感应马达和荧光灯照明系统。马达电路由480V供电，照明系统由277V供电。该系统设计为临界状态，它可以通过短路电流和负载电流的比计算出来。正常的比率应该是100：1以上，而本系统是22：1。

　　⑵症状：马达效率下降，小的感应马达烧毁，荧光灯中的电容损坏。

　　⑶测量：迅速地估计系统的谐波程度。利用配备电流钳的便携式谐波分析仪(例如福禄克公司的F43)分别在A、B和C点进行三次测量。参见图6。第一个测量(A点)表示谐波失真总量很高。第二个测量(B点)说明同样的问题。最后一点(C点)表明存在比额定电流大许多的电流—足以经常烧毁35A的保险丝。

　　这些快速的现场测量足以揭示谐波问题的严重性。进一步分析后发现偶次谐波是由可控硅闸流系统的失灵而引起的，而可控硅闸流系统的失灵又是由于三相电压波形谐波畸变引起的。谐波还导致了马达和荧光灯电容发生故障。

　　⑷系统电能的调整

　　系统电压的谐波失真总量(THD)很高。20KVAR功率因数修正电容引起了问题。它在五次谐波附近产生了谐振。为了解决上述问题，进行了两点改动：第一，加倍变压器容量以改善供电能力;第二，将电感与功率因数修正电容组串联让其在200Hz以上的频率失谐。选择电感线圈的感抗值使频率高于200Hz时回路呈感性，它将保持50Hz下功率因数的改善。降低源阻抗从而降低480V供电电压的谐波失真。这种方法通常意味着使用更大的变压器。本例中意味着加倍其容量。

　　在做这些改动之前，要先确认一下供电电源本身没有谐波问题。他们将负载中的所有非线性负载全部关闭再测量电力设备输入端的电压谐波失真。测试结果显示，从供电部门来的电压的谐波失真总量(THD)小于1%。

　　在安装新的变压器和电感线圈后，再次测量电机馈线的谐波频谱。五次谐波电流大大减小了。电压失真比从前减少了一半以上，而且流过相位修正电容的电流也接近50Hz额定值。现在调频驱动的效率比以前高许多，因为由谐波电压引起的电机转动不良的现象被排除了。