工业企业电能质量问题诊断案例

福禄克公司

随着工业企业和商业用户用电设备技术的不断更新，对供配电系统的电能质量提出了更高的要求，同时各种各样的电能质量问题也层出不穷。通过两个工业电能质量案例，分析了三相不平衡、电压骤降等常见的问题，说明一些电能质量问题的方法诊断。

一、前言

电能质量在近几年已经成为广大供用电各方日益关注的问题，特别是拥有大量敏感电气设备的电子制造业、设备生产厂、纺织业、食品业、造纸业、化工业、冶金业等。工业用装置和设备，包括微处理控制装置和电气装置，除了断电外，对各种类型的电力扰动也很敏感（工业电路示意图见图1）。对这些用户来说，电能质量和扰动特性的测量是很重要的。

引起电能质量扰动的因素通常有负载转换、系统故障、电动机启动、负载变化、非线性负载、间断性负载以及电弧炉。这些因素可造成许多扰动现象，如冲击、低功率因数、电压骤降、谐波畸变、断电、闪变以及信号电压等。

电能质量测量分析是发现引起电能质量扰动的重要一环，可以用来确定设备误动作的原因。电能质量测量分析的内容包括日期、时间、受影响设备清单、各电能质量参数值，精确的信息可以为解决方案提供有用的线索。电能质量测量分析仪能快速、系统地显示这些有用的信息。下面就通过两个具体的电能质量案例，讨论如何分析工业企业的电能质量问题。

图1 工业电路示意图

二、案例分析

1.案例一：三相马达的故障

某企业有一个大型的三相马达，在使用的3年中，每年都要出现两次故障，企业找来了供电企业和马达的制造商，但是双方都互相推诿，给生产造成很大损失。为此用户外请了一个独立的集成商，为马达供电系统进行了一次电能质量测量，以确定马达故障原因。

（1）测量

首先将Fluke 434手持式三相电能质量分析仪连接到为马达供电的电路中，按下View Config（查看配置）按钮。仪表上所显示出的配线图证明，电路连接正确，配电类型为三相三角型。然后按下Scope（示波器）按钮，观察三相的波形和数字读数值。根据显示的数值之间的差进行判断，确定在相线之间存在不平衡问题（见图2）。

图2 不平衡的电压波形

为了收集更多的信息，将数字读数切换至电压、电流、频率档。该屏幕上所显示的电流读数更高，且不平衡（见图3）。

图3 不平衡的电压波形

将显示切换至三相不平衡档，检查了电压和电流值以及矢量图，查看马达是否在可接受的极限范围内运行(见图4～6)。

最后，为全面起见，从菜单中选择了谐波功能，以确认谐波是否是造成问题的原因之一（见图7、图8）。

（2）数据处理分析

从不平衡测量中可以看出，不平衡引起了非常大的相电流。又检查了马达的技术指标参数，确认相电流超出了马达的额定值。通过观察三相的数据，跟踪到电流不平衡是由于一个相电压的过载造成的。

图4 不平衡的相电流

图5 不平衡的相电压

图6 不平衡数据表

进一步检查发现，在3年前安装设备时曾将车间所有的单相负载都连接至同一根相线，这引起了电力系统的明显电压三相不平衡，使导线和马达绕组的工作温度升高，造成事故。

（3）结论

为了解决这个问题，应将车间的单相负载在三相之间进行平衡分配，降低总的电压不平衡度，从而降低了马达处的电流不平衡。

2.案例二：网络集线器的故障

一台工业设备和一个网络集线器存在着通信故障。在初步检测的数据收集阶段，将设备故障现象和端口故障归结为集线器设备安装。在设备公司费尽周折设置了全部的硬件和软件选项后，怀疑与设备供电的电能质量问题有关，于是利用Fluke 434三相电能质量分析仪检查是否为电能质量问题引起的故障。

图7 三相系统的谐波

图8 谐波数据表

（1）测量

在将Flukl 434连接至为集线器提供电源的支路后，观察配置屏幕（见图9）中的图表，检查连接是否有误。然后按下了Scope（示波器）按钮，并观察到异常的大零线波形信号（见图10）。检查屏幕顶端的数字值，发现零线电压非常大，约为23V，表明可能是零地问题。为了进一步确认，将分析仪切换至V-A-Hz屏幕（见图11），并再次检查了电压信号，得出了相同的结论。按照标准的电能质量惯例，开始在支路上查找接地问题。

（2）分析

顺着支路一直检查到接地插座，没有发现接地导线。这不仅会引起电子设备的故障，而且对人和设备都存在危险。将设备接地后，设备工作正常。

在检查支路的同时还发现该电路是由一个通用的配电盘提供电源的。由于集线器比一般设备需要更高质量的电能，所以应该检查一下配电盘上的电压骤降和骤升信号。为此，按下了Monitor（检测）按钮（见图12），并将记录时间设置为24h。在最初的15min之后，虽然按下了趋势绘图功能，仪器后台仍然保持连续记录（见图13）。在进入记录时段的很短时间内，就观察到线路上的骤降现象。为了获得更多的信息，又按下事件表按钮，检查数字读数值，并观察到了支路上更加明显的电压骤降现象（见图14）。

很明显，配电盘在为大的负载提供电源，很可能是一个或多个设备的大型负荷。这就意味着集线器受接地的影响承受高电压，而受骤降的影响承受低的电压，这两项问题导致集线器工作不正常。

图9 配置屏幕图

图10 大的零线波形

图11 检查电压信号

图12 设置记录时间

（3）结论

由于在支路上重新进行布置，需要一定的费用和时间，工厂决定在集线器电源的前端增加一台UPS（不间断电源）。由于支路上的其他设备并没有造成骤降，所以也没有采取其他措施。

图13 骤降

三、结语

电能质量扰动经常由于各种电器设备及系统内部和外部不同设备的相互作用而变得复杂。选择好的电能质量测量分析仪是做好扰动诊断的重要一步。

图14 骤降事件列表