摘要：
隨著工業(yè)企業(yè)和商業(yè)用戶用電設(shè)備的技術(shù)的不斷更新，對供配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量提出了更高的要求。同時各種各樣的電能質(zhì)量問題現(xiàn)在也層出不窮，如何來診斷這些問題是現(xiàn)場工程師具備的技能。本文通過對兩個工業(yè)電能質(zhì)量案例生動的分析，特別分析了三相不平衡、電壓驟降這個*常見的問題，來說明一些電能質(zhì)量問題診斷的步驟技能。
關(guān)鍵詞：
工業(yè)企業(yè)的電能質(zhì)量、電能質(zhì)量問題診斷、電能質(zhì)量案例。
前言
電能質(zhì)量在近幾年已經(jīng)成為廣大供用電各方日益關(guān)注的問題，特別是對于電子制造業(yè)、各類設(shè)備的生產(chǎn)廠、紡織業(yè)、食品業(yè)、造紙業(yè)、化工業(yè)、冶金業(yè)等行業(yè)中，擁有大量的非常的電氣設(shè)備。在工業(yè)中使用的裝置和設(shè)備，包括微處理控制裝置和電氣裝置，它們除了對斷電外，對各種類型的電力擾動也是很的。導(dǎo)致這些對電能質(zhì)量關(guān)注的原因在于對不同工業(yè)種類的電能質(zhì)量變化和擾動特性的測量上。
引起電能質(zhì)量擾動的因素通常有負(fù)載轉(zhuǎn)換、系統(tǒng)故障、電動機(jī)啟動、負(fù)載變化、非線性負(fù)載、間斷性負(fù)載以及電弧爐。這些因素造成許多擾動，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(zhì)量測量分析是發(fā)現(xiàn)引起電能質(zhì)量擾動的重要一環(huán)，可以用來確定設(shè)備誤動作的原因。電能質(zhì)量測量分析的內(nèi)容包括日期，時間，受影響設(shè)備清單，各電能質(zhì)量參數(shù)的量值，**的信息可以為解決方案提供有用的線索。電能質(zhì)量測量分析儀能快速、系統(tǒng)地顯示這些有用的信息。下文通過兩個具體的電能質(zhì)量案例來與讀者討論如何分析工業(yè)企業(yè)的電能質(zhì)量問題？
案例一：三相馬達(dá)的故障
某企業(yè)有一個大型的三相馬達(dá)，在連續(xù)的三年中，每年都要出現(xiàn)兩次故障。給企業(yè)的設(shè)備維護(hù)主管找來了供電企業(yè)和馬達(dá)的制造商，但是雙方都互相推諉，卻不能解決現(xiàn)場的任何問題。而設(shè)備被夾在中間，不能正常運轉(zhuǎn)，重復(fù)地支付馬達(dá)修理費用，由此引起的停工造成了大量損失。
設(shè)備主管再忚無法忍受重復(fù)的故障，于是外請了一個獨立的集成商。該集成商告訴設(shè)備主管，他需要對為馬達(dá)提供電力的配電系統(tǒng)進(jìn)行一次徹底的電能質(zhì)量測量，以便確定其工作特性，解決問題。
● 測量
現(xiàn)場工程師其Fluke 434手持式三相電能質(zhì)量分析儀連接到為馬達(dá)提供電力的電路中，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(圖1)
圖1.三相有型配置 圖2.不平衡的電壓波形
然后他又按下Scope（示波器）按鈕，觀察全部三相的波形和數(shù)字讀數(shù)值。根據(jù)屏幕頂部所顯示的數(shù)值之間的差時行判斷，確定在相線之間存在不平衡問題（圖2）
為了收集更多的信息，該工程師將數(shù)字讀數(shù)切換至電壓/安培/赫茲(Voltz/Amps/Hertz)屏幕。該屏幕上所顯示的電流讀數(shù)甚至更高，且依然是不平衡的（圖3）
圖3不平衡的電壓波形 圖4.失衡的電流
他將顯示切換至三相不平衡屏幕，檢查了電壓和電流值，以及矢量圖，查看馬達(dá)是否在可按受的極限范圍內(nèi)運行（圖4-6）
圖5.不平衡的相電壓 圖6.不平衡數(shù)據(jù)表
*后，為**起見，他從菜單中選擇了諧波功能，以確認(rèn)諧波是否也是造成問題原因之一（圖7-8）。
圖7.三相系統(tǒng)的諧波 圖8.諧波數(shù)據(jù)表
● 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(dá)的技術(shù)指標(biāo)參數(shù)，確認(rèn)相電流超出了馬達(dá)的FLA（滿荷電流－Full Load Amperage）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。
進(jìn)一步跟蹤電壓的不平衡，直到三年前安裝的設(shè)備后發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部的所有單相負(fù)載都連接至一根相同的相線。*新安裝的設(shè)備引起了電力系統(tǒng)的明顯電壓三相不平衡，從而導(dǎo)致馬達(dá)上的電流失衡，使導(dǎo)線和馬達(dá)繞組的工作溫度升高，超出其極限。
● 結(jié)論
為了解決這問題，建議將內(nèi)部的單相負(fù)載在三相之間進(jìn)行了平衡度，從而降低了馬達(dá)的電流不平衡。這同時也降低了馬達(dá)的相電流值和工作溫度。
為了進(jìn)一步檢測，現(xiàn)場工程師又重新進(jìn)行了測量，并將所有保存的屏幕傳輸?shù)搅擞嬎銠C(jī)，并給設(shè)備維護(hù)主管打印了一份關(guān)于問題解決前后的情況報告。
即使不是電能質(zhì)量專家，設(shè)備主管也能夠從屏幕上看到改善前后的不同。現(xiàn)在該設(shè)備主管充分認(rèn)識到了為什么要在安裝設(shè)備前后要對電能質(zhì)量時行測量，所有的馬達(dá)修理費用和停式損失都是不必要的。當(dāng)集成商建議制訂定期的預(yù)防性維護(hù)計劃時，該企業(yè)的設(shè)備主管欣然同意。
案例二：網(wǎng)絡(luò)集線器的故障
一臺工業(yè)設(shè)備和一個網(wǎng)絡(luò)集線器存儲在著通訊故障。在初步檢測的數(shù)據(jù)收集階段，現(xiàn)場工程師將設(shè)備故障和端口歸結(jié)為集線器設(shè)備安裝。
在設(shè)備公司費盡周折設(shè)置了全部的硬件和軟件選項后，他們懷疑是否與設(shè)備供電的電能質(zhì)量問題有關(guān)，于是午用手持式的Fluke 434三相電能質(zhì)量分析儀檢查是否是電能質(zhì)量問題引起了故障。
● 測量
在將Fluke 434連接至為集線器提供電源的支路后，他觀察了配置（圖1）中的圖表，來檢查連接是否適當(dāng)。從這里，他按下了Scope（示波器）按鈕，并觀察到了異常的大零線波形信號（圖2）。于是，他檢查了屏幕頂端的數(shù)字值，發(fā)現(xiàn)零線電壓非常大，大約為23V，表明可能是零－地問題?，F(xiàn)場工程師將屏幕保存了下來，以供歸檔使用。
圖1.配置屏幕 圖2.大的零線波形
圖3.檢查電壓信號 圖4.設(shè)置記錄時間
為了時一步確認(rèn)，工程師將分析儀切換至V-A-Hz屏幕（圖3），并再次檢查了電壓信號。他得了出了相同的結(jié)論。按照標(biāo)準(zhǔn)的電能質(zhì)量慣例，他開始在支路上查找接地問題。
● 分析
現(xiàn)場工程師順差支路一直檢查到的地插座，但是沒有發(fā)現(xiàn)接地導(dǎo)線。沒有接地導(dǎo)線的話將會產(chǎn)生開路的接地回路。這不僅會引起電子設(shè)備的故障，而且對人和設(shè)備都存在危險。作為臨時措施，改工程師使用合格的導(dǎo)線作為標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備接地，為支路提供接地。
在檢查支路，同時還發(fā)現(xiàn)改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(shè)備需要更高質(zhì)量的電能，所以他覺得應(yīng)該檢查一下配電盤上任何形式的電壓驟降和驟升信號。
于是，他按下了Monitor（檢測）按鈕（圖4），并將記錄時間設(shè)備為24小時。在*初的15分鐘之后，他雖然按下了趨勢繪圖功能，而在儀器后臺仍然保持連續(xù)記錄（圖5）。在進(jìn)入記錄時段的很短時間內(nèi)，他觀察到了線路上的驟降現(xiàn)象。為了獲得更多的信息，他又按下了事件表按鈕，檢查了數(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（圖6）。
圖5.驟降 圖6.驟降事件列表
很明顯，配電盤在為大的負(fù)載提供電源，很可能是一個或多個設(shè)備的大型負(fù)荷。這意味著集線器受接地的影響承受低的電壓，這兩項問題導(dǎo)致集線器工作不正常。
● 結(jié)論
由于在支路上重新進(jìn)行布置，需要一定的費用時間，工廠決定在集線器電源的前端增加一臺UPS（不間斷電源）。由于支路上的其它設(shè)備并沒有造成驟降，所以也沒有采取其它措施。改工程師下載了一份測得的關(guān)于電能質(zhì)量的報告，交給了工廠領(lǐng)導(dǎo)，工廠領(lǐng)導(dǎo)對這次設(shè)備的故障原因查找非常滿意，則同意對該工程師時行嘉獎。
結(jié)束語
電能質(zhì)量對工業(yè)生產(chǎn)過程的運行非常重要。電能質(zhì)量擾動經(jīng)常由于各種電器設(shè)備和系統(tǒng)內(nèi)部和外部不同設(shè)備的相互，而變得復(fù)雜。
了解這些擾動的起因是避免質(zhì)量惡化的途徑。有許多種能提供所需要電能質(zhì)量水平的辦法，應(yīng)先擇*簡單，*經(jīng)濟(jì)的方法，前提是能真正發(fā)現(xiàn)引起擾動的原因。診斷電能質(zhì)量擾動的是步，同時選擇好的電能質(zhì)量測量分析儀又是保證做好的擾動診斷的關(guān)健，它可以直接指出問題，或者至少接近問題的可能性。然后可以開始開發(fā)的處理故障的策略。
