工業(yè)企業(yè)電能質量問題診斷案例

福祿克公司

隨著工業(yè)企業(yè)和商業(yè)用戶用電設備技術的不斷更新，對供配電系統(tǒng)的電能質量提出了更高的要求，同時各種各樣的電能質量問題也層出不窮。通過兩個工業(yè)電能質量案例，分析了三相不平衡、電壓驟降等常見的問題，說明一些電能質量問題的方法診斷。

一、前言

電能質量在近幾年已經(jīng)成為廣大供用電各方日益關注的問題，特別是擁有大量敏感電氣設備的電子制造業(yè)、設備生產廠、紡織業(yè)、食品業(yè)、造紙業(yè)、化工業(yè)、冶金業(yè)等。工業(yè)用裝置和設備，包括微處理控制裝置和電氣裝置，除了斷電外，對各種類型的電力擾動也很敏感（工業(yè)電路示意圖見圖1）。對這些用戶來說，電能質量和擾動特性的測量是很重要的。

引起電能質量擾動的因素通常有負載轉換、系統(tǒng)故障、電動機啟動、負載變化、非線性負載、間斷性負載以及電弧爐。這些因素可造成許多擾動現(xiàn)象，如沖擊、低功率因數(shù)、電壓驟降、諧波畸變、斷電、閃變以及信號電壓等。

電能質量測量分析是發(fā)現(xiàn)引起電能質量擾動的重要一環(huán)，可以用來確定設備誤動作的原因。電能質量測量分析的內容包括日期、時間、受影響設備清單、各電能質量參數(shù)值，精確的信息可以為解決方案提供有用的線索。電能質量測量分析儀能快速、系統(tǒng)地顯示這些有用的信息。下面就通過兩個具體的電能質量案例，討論如何分析工業(yè)企業(yè)的電能質量問題。

圖1 工業(yè)電路示意圖

二、案例分析

1.案例一：三相馬達的故障

某企業(yè)有一個大型的三相馬達，在使用的3年中，每年都要出現(xiàn)兩次故障，企業(yè)找來了供電企業(yè)和馬達的制造商，但是雙方都互相推諉，給生產造成很大損失。為此用戶外請了一個獨立的集成商，為馬達供電系統(tǒng)進行了一次電能質量測量，以確定馬達故障原因。

（1）測量

首先將Fluke 434手持式三相電能質量分析儀連接到為馬達供電的電路中，按下View Config（查看配置）按鈕。儀表上所顯示出的配線圖證明，電路連接正確，配電類型為三相三角型。然后按下Scope（示波器）按鈕，觀察三相的波形和數(shù)字讀數(shù)值。根據(jù)顯示的數(shù)值之間的差進行判斷，確定在相線之間存在不平衡問題（見圖2）。

圖2 不平衡的電壓波形

為了收集更多的信息，將數(shù)字讀數(shù)切換至電壓、電流、頻率檔。該屏幕上所顯示的電流讀數(shù)更高，且不平衡（見圖3）。

圖3 不平衡的電壓波形

將顯示切換至三相不平衡檔，檢查了電壓和電流值以及矢量圖，查看馬達是否在可接受的極限范圍內運行(見圖4～6)。

最后，為全面起見，從菜單中選擇了諧波功能，以確認諧波是否是造成問題的原因之一（見圖7、圖8）。

（2）數(shù)據(jù)處理分析

從不平衡測量中可以看出，不平衡引起了非常大的相電流。又檢查了馬達的技術指標參數(shù)，確認相電流超出了馬達的額定值。通過觀察三相的數(shù)據(jù)，跟蹤到電流不平衡是由于一個相電壓的過載造成的。

圖4 不平衡的相電流

圖5 不平衡的相電壓

圖6 不平衡數(shù)據(jù)表

進一步檢查發(fā)現(xiàn)，在3年前安裝設備時曾將車間所有的單相負載都連接至同一根相線，這引起了電力系統(tǒng)的明顯電壓三相不平衡，使導線和馬達繞組的工作溫度升高，造成事故。

（3）結論

為了解決這個問題，應將車間的單相負載在三相之間進行平衡分配，降低總的電壓不平衡度，從而降低了馬達處的電流不平衡。

2.案例二：網(wǎng)絡集線器的故障

一臺工業(yè)設備和一個網(wǎng)絡集線器存在著通信故障。在初步檢測的數(shù)據(jù)收集階段，將設備故障現(xiàn)象和端口故障歸結為集線器設備安裝。在設備公司費盡周折設置了全部的硬件和軟件選項后，懷疑與設備供電的電能質量問題有關，于是利用Fluke 434三相電能質量分析儀檢查是否為電能質量問題引起的故障。

圖7 三相系統(tǒng)的諧波

圖8 諧波數(shù)據(jù)表

（1）測量

在將Flukl 434連接至為集線器提供電源的支路后，觀察配置屏幕（見圖9）中的圖表，檢查連接是否有誤。然后按下了Scope（示波器）按鈕，并觀察到異常的大零線波形信號（見圖10）。檢查屏幕頂端的數(shù)字值，發(fā)現(xiàn)零線電壓非常大，約為23V，表明可能是零地問題。為了進一步確認，將分析儀切換至V-A-Hz屏幕（見圖11），并再次檢查了電壓信號，得出了相同的結論。按照標準的電能質量慣例，開始在支路上查找接地問題。

（2）分析

順著支路一直檢查到接地插座，沒有發(fā)現(xiàn)接地導線。這不僅會引起電子設備的故障，而且對人和設備都存在危險。將設備接地后，設備工作正常。

在檢查支路的同時還發(fā)現(xiàn)該電路是由一個通用的配電盤提供電源的。由于集線器比一般設備需要更高質量的電能，所以應該檢查一下配電盤上的電壓驟降和驟升信號。為此，按下了Monitor（檢測）按鈕（見圖12），并將記錄時間設置為24h。在最初的15min之后，雖然按下了趨勢繪圖功能，儀器后臺仍然保持連續(xù)記錄（見圖13）。在進入記錄時段的很短時間內，就觀察到線路上的驟降現(xiàn)象。為了獲得更多的信息，又按下事件表按鈕，檢查數(shù)字讀數(shù)值，并觀察到了支路上更加明顯的電壓驟降現(xiàn)象（見圖14）。

很明顯，配電盤在為大的負載提供電源，很可能是一個或多個設備的大型負荷。這就意味著集線器受接地的影響承受高電壓，而受驟降的影響承受低的電壓，這兩項問題導致集線器工作不正常。

圖9 配置屏幕圖

圖10 大的零線波形

圖11 檢查電壓信號

圖12 設置記錄時間

（3）結論

由于在支路上重新進行布置，需要一定的費用和時間，工廠決定在集線器電源的前端增加一臺UPS（不間斷電源）。由于支路上的其他設備并沒有造成驟降，所以也沒有采取其他措施。

圖13 驟降

三、結語

電能質量擾動經(jīng)常由于各種電器設備及系統(tǒng)內部和外部不同設備的相互作用而變得復雜。選擇好的電能質量測量分析儀是做好擾動診斷的重要一步。

圖14 驟降事件列表