摘要：詳細(xì)介紹了電能質(zhì)量分析儀F43B的技術(shù)參數(shù)及實(shí)際應(yīng)用例子。

關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量；檢測(cè)；分析

引言

供電電能質(zhì)量是電力工業(yè)的重要指標(biāo)，它涉及發(fā)、供、用各方面投資者、經(jīng)營(yíng)者的權(quán)益。優(yōu)良的電能質(zhì)量對(duì)保證電網(wǎng)和廣大用戶的電氣設(shè)備及各種家用電器的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)的正常運(yùn)作、產(chǎn)品質(zhì)量以及提高人民生活質(zhì)量具有重要意義。

近年來(lái)，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，特別是冶金工業(yè)、電氣化鐵路、化學(xué)工業(yè)的發(fā)展及電力電子設(shè)備的普及，使系統(tǒng)中的非線性負(fù)荷及沖擊性負(fù)荷日益增加，系統(tǒng)中的非線性（諧波）、非對(duì)稱性（負(fù)序）和波動(dòng)性（閃變）日趨嚴(yán)重，已引發(fā)不少異常和事故（例如電機(jī)的燒損、電能計(jì)量誤差大、變壓器過(guò)熱、電容器不能正常投運(yùn)、繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)跳閘等），對(duì)電網(wǎng)和廣大用戶的電氣設(shè)備和各種家用電器造成了嚴(yán)重危害。特別是對(duì)于敏感負(fù)荷，如計(jì)算機(jī)芯片制造廠、半導(dǎo)體生產(chǎn)廠、造紙廠等，若電壓下降幾十ms，就會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)設(shè)備不能正常工作和出現(xiàn)大量廢品，因此，電能質(zhì)量問(wèn)題已引起廣泛關(guān)注。

目前各國(guó)都十分重視電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)與分析，我國(guó)已先后頒布了有關(guān)電能質(zhì)量的6個(gè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，即

GB/T1232590電能質(zhì)量供電電壓允許偏差；

GB/T1454993電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波；

GB/T1554395電能質(zhì)量三相電壓允許不平衡度；

GB/T1594595電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率允許偏差；

GB/T123262000電能質(zhì)量電壓允許波動(dòng)和閃變；

GB/T184812001電能質(zhì)量暫時(shí)過(guò)電壓和瞬態(tài)過(guò)電壓。

另外，還制定了《電網(wǎng)電能質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)定》（電綜[1998]211號(hào)）。因此，為了保證供電系統(tǒng)和廣大用戶的電氣設(shè)備和各種家用電器的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，有必要對(duì)重要變電站的電能質(zhì)量、各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，為工程建設(shè)和事故分析提供準(zhǔn)確的歷史數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

福祿克公司推出的電能質(zhì)量分析儀F43B，就是為廣大從事發(fā)電、輸電、用電系統(tǒng)工作的人員提供的便攜式電能質(zhì)量測(cè)量分析工具。
1 F43B的性能

F43B電能質(zhì)量分析儀是目前的一種將示波器、萬(wàn)用表和電能質(zhì)量分析儀集合于一體的手持儀器。對(duì)于斷路器運(yùn)作，變壓器過(guò)熱，電機(jī)燒毀，電燈閃動(dòng)，無(wú)論何種電能質(zhì)量問(wèn)題，F(xiàn)43B電能質(zhì)量分析儀都可以找到問(wèn)題所在。這種堅(jiān)固的便攜式儀器可以滿足診斷電能質(zhì)量和一般電氣設(shè)備故障的需要。它也是用于常規(guī)電力維護(hù)，預(yù)防事故發(fā)生的理想工具。F43B在原來(lái)的F43基礎(chǔ)上將有用的電能質(zhì)量分析儀，萬(wàn)用表以及示波器集成在一個(gè)堅(jiān)固、便攜、易用的測(cè)試儀器里。只須從主菜單中選擇測(cè)量的項(xiàng)目，剩下的事情全部由儀器自動(dòng)完成。

F43B的外型如所示。

F43B具有以下特點(diǎn)：

——集功率諧波測(cè)量?jī)x，示波器和萬(wàn)用表于一身；

——包括真有效值電壓、電流、真功率因數(shù)，諧波、諧波相位、諧波失真總量（THD）等眾多測(cè)量功能，諧波測(cè)量高達(dá)51次；

——大屏幕、高亮度顯示電壓、電流波形和諧波頻譜、電壓通道可至20MHz，電流通道可至15kHz，一個(gè)屏幕同時(shí)顯示，便于故障和諧波分析；

——?jiǎng)討B(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，存儲(chǔ)可記錄下所有諧波信息；

——三相負(fù)載的功率因數(shù)測(cè)量；

——記錄模式下的光標(biāo)讀數(shù)；

——跟蹤間歇性問(wèn)題，可以監(jiān)測(cè)和記錄多達(dá)40個(gè)瞬態(tài)信號(hào)，并顯示時(shí)間標(biāo)記；

——菜單操作，易學(xué)易用；

——隨機(jī)包括軟件和RS232接口及電纜，便于進(jìn)行計(jì)算機(jī)分析和文檔處理。

2 F43B的應(yīng)用

2．1 F43B的記錄功能

F43B有兩種記錄模式：Sags＆Swells模式和Record模式。這兩種模式下儀器都繪制兩個(gè)以時(shí)間為坐標(biāo)的電氣量變化曲線。在Sags＆Swells模式下，儀器僅繪制電壓和電流，在Record模式下，儀器可以繪制更多的電氣量，如表1所列。這兩種模式下儀器都可以選擇從4min到無(wú)窮大的記錄時(shí)間。記錄時(shí)間越短,記錄間隔也越短,解析度也越高。記錄間隔是屏幕上相鄰的兩點(diǎn)之間的時(shí)間間隔。記錄間隔與采樣的概念是不同的，F(xiàn)43B的采樣速率要比記錄間隔高,所以，儀器可以實(shí)現(xiàn)在同一記錄點(diǎn)的不同值的測(cè)量。F43B通過(guò)快速采樣測(cè)量在記錄間隔內(nèi)的所有指定的測(cè)量量,記錄光標(biāo)位置的記錄間隔內(nèi)的,和平均值。

表1 Record模式下可以記錄的參數(shù)

Sags＆Swells模式和Record模式的區(qū)別在于測(cè)量的速度。Sags＆Swells模式更適合測(cè)量短時(shí)間的電壓和電流波動(dòng)。Sags＆Swells在記錄間隔內(nèi)測(cè)量每周波的電壓和電流的真有效值。例如,對(duì)于1s的記錄間隔,將測(cè)量50個(gè)周波。在每一測(cè)量間隔結(jié)束時(shí),記錄的有效值的一周波,有效值的一周波,和記錄間隔內(nèi)所有周波的平均值。

Record模式基本上每隔250ms(0.25s)測(cè)量。這對(duì)20ms一周波而言是無(wú)法捕捉單次周波事件的。在每一記錄間隔結(jié)束時(shí),也同樣記錄這一間隔內(nèi)的值、值和平均值。(如果不使用光標(biāo),平均值就是整個(gè)記錄區(qū)間的平均值)。

Sags＆Swells模式和Record模式都可以把記錄時(shí)間設(shè)為“Endless”，在這種方式下,繪圖采用了壓縮算法:首先采用4min記錄長(zhǎng)度,然后壓縮每分鐘記錄,4min結(jié)束后,把一屏的圖形壓縮為半屏,采用8min。依次類推,然后用16min，一直到16天的記錄長(zhǎng)度。F43B通過(guò)比較相鄰兩個(gè)記錄間隔的值/值,然后保留其中的/值。這樣,F43B保留著每個(gè)記錄時(shí)間內(nèi)的值,值。這對(duì)于不知道要監(jiān)測(cè)多長(zhǎng)時(shí)間的情況提供了很好的解決方案。2．2如何用F43B測(cè)量kW·h

對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，kW·h的測(cè)量是經(jīng)常會(huì)遇到的問(wèn)題。

對(duì)于恒定負(fù)載，僅僅測(cè)量功率就可以知道在1h

內(nèi)消耗多少電能。例如60W的電燈泡，使用1h消

耗60W·h；使用500h消耗60×500=30kW·h。

對(duì)于臨時(shí)性負(fù)載或變化的負(fù)載，就需要使用F43B的記錄模式來(lái)記錄對(duì)應(yīng)時(shí)間的電能。

——簡(jiǎn)單的方法就是記錄W·h，那么WAVG讀數(shù)就是kW·h。

——如果負(fù)載僅僅接入2min，可以設(shè)定記錄時(shí)間為4min，那么WAVG讀數(shù)就是在這4min內(nèi)的平均功率。如果想用kW·h表示，就可以用WAVG讀數(shù)來(lái)除以15，(即將4min的平均功率折算成60min的平均功率)例如一個(gè)6kW的負(fù)載接入2min，當(dāng)記錄4min時(shí)WAVG讀數(shù)為3kW，這等于0.2kW·h(3000/15=200W·h)。

——如果負(fù)載接入6h，你可以使用8h記錄時(shí)間。WAVG讀數(shù)就是在這8h內(nèi)的平均功率，再用WAVG讀數(shù)乘以記錄時(shí)間就可以得出消耗的電能，所以在此期間內(nèi)的kW·h就是WAVG讀數(shù)乘以8。

例如，在展覽會(huì)、工地等場(chǎng)合有一些臨時(shí)負(fù)載需要很大的電能，而這些臨時(shí)性的大電流是不能直接從配電系統(tǒng)獲得的，這時(shí)候就經(jīng)常會(huì)用到柴油應(yīng)急發(fā)電機(jī)。

工作人員想知道在一段時(shí)間里通過(guò)柴油發(fā)電機(jī)提供了多少電能，這樣就可以進(jìn)行正確的收費(fèi)。他可以簡(jiǎn)單地根據(jù)消耗的燃料來(lái)計(jì)費(fèi)，但為了拿出證據(jù)，他通過(guò)上面描述的那樣使用F43B來(lái)測(cè)量kW·h。但是,當(dāng)遇到功率因數(shù)較低的時(shí)候和尖峰負(fù)荷的時(shí)候，會(huì)有一些問(wèn)題。因?yàn)?，如果僅僅根據(jù)kW·h收費(fèi)是不準(zhǔn)確的，而且發(fā)電機(jī)必然產(chǎn)生無(wú)功功率。所以在記錄kW的同時(shí)記錄kV·A是很有道理的，記錄屏幕可以記錄兩個(gè)參數(shù)，通過(guò)定位光標(biāo)，可以顯示帶日期和時(shí)間標(biāo)志的尖峰kV·A。

由于電能質(zhì)量分析儀F43B具有強(qiáng)大的功能，相信今后F43B會(huì)被廣泛應(yīng)用于電力、石化、冶金、鐵路及通信電源質(zhì)量監(jiān)控和故障分析。