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1、 1 福禄克培训合作项目 电能质量记录和分析：技术和应用 电能质量记录和分析：技术和应用 技术应用文章 连接一个电能质量记录仪并采集几天时间的数据，您就可以掌握电 能质量的详细情况。在本文中，我们将讨论与电能记录器和记录仪 有关的各种记录技术，对您所使用的工具和技术进行全面了解，将 是您工作成败的关键。您应该寻找什么？何时记录才有意义？ 在电力进线处连接一台电能记录仪，以进行为期 30 天的负载研究。 记录技术 要想真实地了解您身边的电能状况，您 需要对每个电源周期进行检查，以发现 甚至是非常微小的变化。但是，由于电 源在一天之内要经历 400 多万个周 期，因此要想观察到很微小的变化是不 切
2、实际的，经常也没有必要。我们很少 发现负载会经历一个或两个周期的偶 尔电压突降。 进行记录的时间长短在某种程度上取 决于您所在建筑的用电情况。如果您在 一个典型的商业或轻工业楼宇建筑中 工作，则一周的记录时间就足够了，因 为在这样的时间内，楼宇建筑可经历正 常的用电循环。如果您在只是定期运转 特殊设备的工厂中工作（比如，每个月 只运转一次燃烧炉），您就需要十分注 意这些用电负载的时间。 目前已开发出不同的记录技术，它们可 用于在相对较长时间内来记录较小的 变化。许多仪器将几种技术组合在一 起，以增加其测量范围。我们将对常见 技术以及它们的优缺点进行介绍。 通过了解不同技术，您可以更好地针对 身
3、边的工作选择适宜工具。 趋势跟踪技术 您可以在几小时或几天时间内，对电能 质量参数的趋势进行跟踪。电能记录仪 可以测量电压、电流或功率等参数，并 将随着时间将它们记录下来。趋势记录 对于跟踪正常电源状况、微小变化和异 常状况十分有用，但捕获快速事件的能 力有限。 2 福禄克培训合作项目 电能质量记录和分析：技术和应用 仪器厂商提供了一些创建性方法， 它们可以在几个星期甚至几个月 时间内进行记录，同时显示快速 发生的事件。 固定事件间隔记录 这是最简单的数字记录形式。设置 时，您需要选择两次读数之间的时 间间隔，通常以秒或分钟为单位。 仪器对每个时间间隔内的 rms 值计算出一个平均值，并将它保
4、存 在存储器中。这种技术对于跟踪时 间长于记录间隔的变化十分有用。 不幸的是，虽然非常短的测量时间 间隔将会捕获到快速事件，但也将 迅速占用存储空间。因此，即使固 定事件间隔记录很容易设置，它也 无法用于在几小时或几天之内捕 获快速事件。 最小值/最大值/平均值记录 这种技术与固定时间间隔记录类 似，因为它使用一个预设时间间 隔。但仪器不是在每个时间间隔仅 获取一个读数，而是在每个时间间 隔获取多个高速测量值。仪器内的 处理器对测量值进行处理，并针对 每个时间间隔记录三个数值：最小 值、最大值和平均值。最小值和最 大值指示出最差情况下的短时事 件，在某些仪器中，事件的时间可 短至一个电源周期。
5、平均值跟踪的 是总趋势。这些仪器通常在相同的 图中绘制出最小值、平均值和最大 值。 事件记录 电压突降、骤升、中断和瞬变都属 于电压事件。电能质量事件由发生 的时间和日期、严重性以及持续时 间来表征。用户定义阈值或触发值 决定了什么情况可以称为一个事 件。事件记录对于确保您的电压保 持在误差范围内 （比如 10 %） 来 说非常有用。数据通常以列表的形 式表示，因此便于看到电源系统中 的所有异常情况。 10 分钟 20 分钟 30 分钟 40 分钟 随时间发生的实际变化 10 分钟 20 分钟 30 分钟 40 分钟 使用固定 10 分钟时间间隔绘图，极端值丢失 一个事件是否会引起问题取决于它
6、的 严重性和持续时间。例如，持续 5 秒 的一个 20% 电压突降与持续 1 个 电源周期的 20% 电压突降相比，更 可能会引起问题。因此，有时要将事 件数据与提供了严重性和持续时间限 值的标准容差曲线（如 CBEMA 曲 线）进行比较。指定多个限值可能会 使事件记录难于设置。如果您设置的 容差过于紧密，您就会捕获到大量事 件；如果您设置的容差过于宽松，则 可能看不到任何事件。 图 2. 此事件表列出了彼此在数秒钟内所捕捉到的多重小电压降。 3 福禄克培训合作项目 电能质量记录和分析：技术和应用 所扑捕捉的波形 公差网络 电压波形 图 3 包络触发示例 瞬变波形捕获 这种技术可记录电压或电流
7、的实 际正弦波形，可使您看到短于一 个电源周期的任何事件。捕获由 一个触发来起始，它使用了一个 高速数字转换器。各种触发都可 以启动捕获，但多数仪器使用了 一种“包络触发器”。包络触发 器可找到与一个纯正弦波的偏 差。它基于一个用户定义的容差 范围，在正弦电压波形周围构建 一个包络。如果波形落在包络的 外面，则仪器就会捕获和存储数 据。一些仪器（如 Fluke 430 系 列）还可基于有效值事件或电流 上升等其他标准来获取波形。 全面揭示记录 通过这种技术，可同时进行将最小值/最大值/平均值记录以及瞬变和事件捕获。这样，您不必决定是寻找电压突降还是瞬变 - 您可同时捕获这两种事件。这些仪器可自
8、动确定事件阈值，并随时对阈值进行调节。这样就消除了设置事件阈值时的困难。在几天、几个星期或几个月时间内进行全面调查时，全面揭示记录技术非常有用。 记录应用 在几种一般情况下，需要 对电能质量进行记录。本 节介绍了最常见应用。 记录中的检查数据. 通过长期分析进行故障 排查 对间歇性故障进行排查非常 具有挑战性。 当一台设备出现 故障或莫名其妙地发生复位 时， 人们常常只是将设备更换 或将断路器复位， 以期获得最 佳结果。 对于停产会带来很高 成本的设备， 重复发生故障的 风险极大， 无法依赖于快速修 复来解决问题。 在设备重新运 转之后对电源进行监视， 可减 少重复故障的发生， 并在再次 发生
9、故障时，排除电源问题。您要做的第一个决定将时在哪里 连接监视仪或分析仪。 一般来说， 您应该首先将记录仪布置在“受 影响的负载“（出现问题的设备） 附近的位置。这样，监视仪就可 以观察到负载所经历的情况。如 果您具备多个工具，就可以使用 它们在电力系统的不同点上进行 记录。 记录之前， 先进行一些定点测量， 以便回答一些基本问题。电压大 小正确吗？电压波形是清洁正弦 波，还是带有噪声或存在失真？ 如果受影响的设备是一个三相负 载，那么各相之间平衡吗？正在 由负载吸收的电流是否过高？ 下一个问题是：我应该记录什 么？除非您很幸运地拥有一台功 能全面的电能分析仪，否则您或 许不得不决定是先跟踪趋势
10、还是 先捕获瞬变。趋势跟踪可发现更 多问题，因此首先要尝试进行趋 势跟踪（使用固定时间间隔记录 或最小值/最大值/平均值记录）。 在所有相关的相上记录有效值电 压是最基本的方法。通过这种记 录，可以确定电源是否存在电压 突降或中断，这两种情况可能会 引起负载运行中断或发生复位。对电压进行记录还会发现可引 起过热的电压骤升或三相不平 衡。 电流趋势记录也可帮助进行故 障排查。负载吸入过大电流会 引起过热。如果电压稳定、清 洁而平衡，则高电流表明负载 本身存在问题。通过对电压和 电流读数进行比较，您可以判 断出电压下降是由受影响负载 吸入的过高电流所引起，还是 由上游的其他负载所引起。 电压失真也
11、可能会引起过热， 可能时应该对它进行记录。跟 踪电压失真的最基本方法是记 录总谐波失真 (THD)。 一些分 析仪还可以跟踪各次谐波，从 而帮助确定 THD 比较高的 原因。 如果受影响的负载存在电弧放 电或输入电路烧断的情况，则 原因可能是瞬变，但也不能过 快地下此结论。在进行了一些 基本趋势记录之后，或者有迹 象强烈表明发生了瞬变损坏， 就需要进行瞬变捕获，并查看 波形。 4 福禄克培训合作项目 电能质量记录和分析：技术和应用 服务质量 在某些情况下，电力公司同意提 供符合预定技术规格的电力。技 术规格可以在合同中列明，或者 采 取 遵 守 某 项 标 准 （ 如 EN50160）的形式。
12、在这些协议 中，可以规定记录技术的细节、 容差范围和记录持续时间。 例如， 标准 EN50160 中规定了适用 于 1 星期记录的容差， 而参考标 准 IEC 61000-4-30 规定了测量 和记录技术。如果您认为电力公 司所提供的电能不符合达成协议 的技术规格， 就要对此进行测试。负载研究、电能质量研究和 调试 这些类型记录一般用于在安装或 运行设备之前，对电能质量进行 评估。负载研究用于在添加更多 负载之前，确定系统中的现有负 载。当地有关机构和当地标准可 能要求进行这种研究，或者，标 准中规定了所需的测量、时间间 隔或持续时间。 例如，美国国家电气规范规定， 电流或功率测量要在 30
13、天时 间内，以平均 15 分钟的时间间 隔进行。除了满足有关机构的规 定外，在进行大的系统改动之前 进行记录还有助于以后进行的系 统调试。电能质量研究和调试研 究尝试回答以下问题：“这个系 统的状况正常吗？”。在这些应 用中所采取的策略是进行广泛测 量，并记录下尽可能多的数据。 理想情况下，我们需要对电压、 电流和功率趋势以及瞬变等事件 进行记录。 在按下 RECORD 按钮之前 ? 不要匆忙开始记录。先要通过 对电压高低、电压波形/失真、 电流、不平衡等进行定点测 量，收集尽可能多的信息。这 些信息可引导您发现问题，或 者帮助您决定下一步所要做 的事情。 ? 请对连接进行检查。如果仪器 具有相量图或滤波器显示，则 通过它来验证连接是否正确。? 借用一句老化：三思而后行。 如果您正在记录趋势，则核查 一下记录时间间隔。如果您正 在进行事件或瞬变捕获，则核 查一下限值。 ? 在将监视仪留在现场进行长 期记录以前，先进行一个小时 左右的短时间记录。这将帮助 您发现仪器设置中的问题，并 可能有幸发现正在寻找的情 况！ 美国福禄克公司 2007 福禄克公司。版权所有。 网址：http:/
