Fluke电能质量技术交流

福禄克电气及电能质量系列产品

的应用美国福禄克国际公司北京办事处产品介绍会内容

公司简介福禄克公司的产品系列电能质量分析仪系列产品电能质量评估标准电能质量的故障诊断福禄克公司成立于1948年，它是Danaher集团下的一个公司总部：美国华盛顿州埃佛里特市

全球有100多个分支机构Danaher集团是世界500强企业之一，全球销售额$200亿2003《财富》杂志评选世界最受尊敬公司，FLUKE因精密、便携的测试工具排名第一精密便携电子测试工具的领导者公司简介福禄克公司的产品系列福禄克公司精密测试仪器部工业测量仪器部网络仪器部工业测试仪器部电气和电能质量产品电能质量产品钳表绝缘电阻测试便携式F1760.F1750普通钳表F353,F355接地电阻测试仪在线式F1745手持式单相:F43B三相:F43*、F1735钳式F1630温度测试漏电流钳表F360功率钳表F345F1550BF1587,F1577手持式F1621记录仪F1710功率分析仪N4K三相N5K六相高级F1623,F1625F330系列F310/320系列接触式F50Ⅱ非接触式示波表Fluke电能质量系列产品便携式电能质量分析仪在线式电能质量监测仪手持式电能质量分析仪F1750F1760F1745,F1744单相手持式三相手持式F43BF345F434,F435F1735电能质量系列产品F1750综述-产品主要区别电能质量在线记录仪

连续监测电压电流，谐波，电压波动与闪变、电压偏差、三相电压不平衡度、频率偏差等电能质量指标便携式电能质量分析仪

存储容量大，分析功能强，适于对电能质量及电力故障进行较为复杂的测试分析手持式电能质量分析仪

单相/三相，体积小，使用方便，适用于现场简单的电能质量测试电力工程师I&C维护技术员应用:公用事业/工业/敏感设备的生产长期分析、排除电能质量故障或预防/预测性维护电能质量测量与评估：两个重要标准两个重要的标准正在影响国际电能质量的监测与评估领域IEC61000-4-30：2003：实验和测量技术—电能质量的测试方法EN50160：2007：公用配电系统供电电压的特性—欧洲国家强制执行的第一个关于供电产品的质量标准电能质量的定义：

电力系统指定点处的电特性，根据预定的基准技术参数来评价

这些参数大多与供电和负荷之间的兼容性有关IEC61000-4-30定义了下述电能质量参数的测量方法、

频率瞬态电压供电电压不平衡闪变

电压间谐波上下电压偏差参数电压中断供电电压幅值

供电电压骤升骤降电压谐波电压快速变动

供电电压上的信号电压IEC6100-4-30：标准概述1、系统工频频率测量A级：每10秒钟获得频率读数，在每个绝对10秒钟时钟上（±20ms）开始测量，测量不确定度不应该超过±0.01HzS级：测量方法与A级相同，测量不确定度不应该超过±0.05Hz2、供电电压福值A级：每10周期时间间隔计算电压方均根值A级测量不确定度不应超过Udin的±0.1%S级：测量方法与A级相同，测量不确定度不应该超过Udin的±0.5%3、电压谐波A级：IEC6100-4-7定义的10个周期谐波子组Usg,h测量方法，无间隙测量（电流谐波：如10周期内发生骤降、骤升或电压中断，则将该10周期的电流谐波测量结果标记为“已标记”）S级：IEC6100-4-7定义的10个周期谐波子组Usg,h测量方法，允许存在测量间隙闪变和瞬变与骤升骤降如何区别IEC61000-4-30按电压变化范围来区分

闪变和电压快速变动：电压有效值的变化范围小于±10%

电压骤升骤降：电压有效值的变化范围大于±10%电压事件：IEC61000-4-30定义电压骤降

供电电压幅值：突然降到标称电压的90%---1%之间，然后很短时间恢复到正常值

电压骤降持续的时间：通常在10ms—1min之间

电压骤降的深度：电压骤降期间最小值和标称值的差值

标称电压±10%之内的供电电压变化，不属于骤降幅值50%电压事件：IEC61000-4-30定义电压骤升电压有效值上升至额定电压的110%以上。持续时间为0.5个周期至1分钟.电压中断

电压中断是电压骤降的一个特例

统计:采用后处理的办法,区分电压骤降和中断

短时间中断:电压有效值降至额定值的1%以下,持续时间10ms---3min

长时间中断：电压有效值降至额定值的1%以下，持续时间为3min以上福禄克，助您与时代同步古埃及：建造金字塔的长度标准公元前3000年，长度的统一标准“埃尔”。

法老的肘关节到中指指尖的长度加上他手中一根棕榈枝长的总长度定义为

“1埃尔”。该长度标准用黑色花岗岩刻制，作为原始标准。中国：秦始皇，商鞅变法，统一了的中国的度量衡。测量的意义度量衡FLUKE：测量仪器及工具的领导者。

在所涉足的领域内都保持着第一或第二的领导地位。6100AF1760门捷列夫：“没有测量，就没有科学”FLUKE-电能质量监测、分析与评估，专业领域的先锋和标准！F411949年：FLUKE推出第一个产品，101型高精度台式功率计，通用电气公司是首家用户。1994年：F40/41，世界首款便携式谐波分析仪。成功地降低了专业谐波分析仪器的门槛，电网及动力部门谐波普查基础工具。1999年：F43，测试谐波和瞬态信号的电能质量分析仪。2003年：6100A，世界第一台电功率与电能质量标准源。(ElectricalPowerStandard)

电能质量行业独一无二的标准源。电能质量测量仪器生产厂家、计量检验机构必备的校准与验证工具。

2005年：F1760，世界首款完全符合IEC61000-4-30A级标准的便携式三相电能质量分析仪。

F430，世界首款完全符合IEC61000-4-30标准的手持式三相电能质量分析仪。PCC及协议容量：含义PCC：公共连接点*电力系统中一个以上用户负荷连接处。用户向电网注入的谐波电流允许值国标《公用电网谐波》：谐波电流限值设置含义。标准给出了各级电网基准短路容量时的谐波电流允许值。基准短路容量，PCC处所有用户向电网注入的总谐波电流允许值。协议容量，PCC处用户之一向电网注入的谐波电流允许值。同一公共连接点的每个用户向电网注入的谐波电流允许值，按此用户在该点的协议容量与其公共连接点的供电设备容量之比进行分配。

(电网公共连接点的最小短路容量不同于基准短路容量时，按比例修正各次谐波电流的允许值。)PCC配电网其他用户待检测用户PCC配电网其他用户待检测用户*IEC61000-3-4:1998给出了PCC的定义。公共连接点PCC：示例所有用电设备符合CE认证谐波问题？还是骤降问题？合理滤波？背景：*银行系统某印制企业的新型印钞机器属于电能质量敏感设备。因企业使用了大量变频器，导致印钞设备的程控系统工作紊乱，故障频繁。该企业采用了原装进口的最新型有源滤波器，治理谐波。但程控设备的故障隐患依旧存在，而且，有源滤波器也常出现莫名其妙的故障。该企业对谐波问题很重视。但发现各厂家谐波仪器的测量结果不一致，治理谐波的投资不一定合理。原因：

1、可能存在骤降或瞬态等电压质量问题，影响印钞设备和有源滤波器正常工作。

2、普通品牌谐波仪器可能过高评估谐波水平。(某些品牌谐波仪也可能低估谐波水平)。建议：该行业客户统一配备国际标准B级仪器F434：对企业的谐波、骤降、瞬态等电能质量状况进行综合监测及分析调查。

统一配备国际标准A级仪器F435：准确评估谐波水平，正确评判滤波效果。解决方法：

第一步，采用F434正确评估谐波水平，监测骤降与瞬态电压质量事件，准确分析事故的真实原因。

第二步，采取合理滤波，或DVR方式，综合治理电能质量。

第三步，采用F435评估电能质量治理效果。F430的关键点：

1、详尽、准确的电压事件监测与记录。

如骤降与瞬态等电压质量现象的发生时间、严重程度等。

2、“标记”功能：避免错误的谐波统计。

3、符合国际标准的、权威的谐波评估结果。*FLUKE北京办事处，2008年8月生产线供电质量问题：闪变超标？背景：*

东北地区某德国合资知名品牌高档轿车生产线出现了供电质量问题，故障频率大概每年10次。企业的谐波水平符合国家标准，用于功率因数补偿的电容器组也正常工作。客户提问：

国标关于电能质量主要有谐波、闪变和三相不平衡。生产线供电质量问题是否可能是闪变超标？需要测量电压波动和闪变吗？应如何评判其供电质量问题？回答与建议：

电能质量分析与测量是一个相对较新且发展迅速的领域。随着研究的深入，IEC对电能质量观测与评估规范越来越细致。一般认为：电压骤降、骤升及电压中断事件是破坏电气系统的主要原因之一。电压波动与闪变并不影响电气设备的正常工作。近年来，IEC标准的改进与变化相当大，国标的修订工作进展较慢。按目前的国标评估谐波、闪变与不平衡，无助于该企业事故原因的分析与研判。从该企业故障发生的频率看来，无需测量电压波动与闪变。东北电网的谐波与闪变状况普遍比较好。建议客户使用符合最新的IEC61000-4-30A级标准的F435，对其生产线电源系统作长期监测，查找与分析其供电质量的问题。可能的原因：

1、该企业生产线频发的故障可能由电压质量问题引起。

2、企业供电线路结构可能不合理。生产线附近的冲击性负荷、电网运行操作或瞬时故障，可能导致了该企业生产线电源的骤降或瞬态等电压质量问题。F435的关键点：

1、详尽、准确的电压事件监测与记录。如骤降与瞬态等现象的发生日期、时刻、持续时间、幅值等。

2、仪器内置16M内存，可以捕获多达1000个电压事件。*FLUKE沈阳办事处，2006年11月F430电力用户：如何诊断电能质量故障？(1)电力公司工业用户电力公司：供电主回路符合标准供电特性EN50160某企业供电主回路无法解释的生产中断与设备损害EN50160：供电特性合格电压骤降、中断？过电压？……用户：如何发现、评估与诊断谐波问题？谐波电流过大：设备过载、发热，破坏绝缘、降低设备寿命●谐波电流状况〇16A以下设备应满足的谐波限值：GB17625.1-2003(等同于IEC61000-3-2:2001)。

〇16A至75A设备应满足的谐波限值：IEC61000-3-12:2004。国标对小于16A用电设备的谐波限值，与IEC相同。由3C认证严格要求。大于16A设备的谐波限制，国标GB/Z17625.6-2003等同IEC61000-3-4:1998。(EN采用了61000-3-12)

〇PCC点注入电网的谐波电流：GB/T14549-1993。●发现、评估与诊断谐波问题

〇PCC点供电网电源电压的谐波水平：GB/T14549-1993。〇谐波可能带来的主要问题：设备过载、谐振。谐波电流过大可能导致设备过载：过热，使绝缘老化、降低设备寿命、破坏设备。红外热像仪：寻找、发现电气设备与动力系统的非正常现象。电能质量测量仪器：正确诊断。定量计算、原因分析。过电流，谐波电流含量的大小。例如：维护监测时发现，3th谐波电流达60%。该谐波状况是偏高，还是正常？评估与诊断标准：设备工作的热像。是否存在不正常的温升与过热。电力变压器：异常发热现象单周期时间窗问题：谐波？电压合格率？时间：2007-9-1013:16:10到2007-9-2412:56:10

地点：广东佛山，西江变电站*电压等级35KVPT:35000:100CT:2000:1FLUKERPM1650电能质量：电流谐波测试报告基准短路容量250MVA最小短路容量2587MVA用户协议容量10MVA供电设备容量10MVA参数A相B相C相国标值合格超限次数最大值平均值95%值最大值平均值95%值最大值平均值95%值A相B相C相基波电流(A)1561.565722.9831540.8481553.796719.1471533.0791553.796719.1071531.784

237.5500.3061.29537.5500.2870.00038.8450.3601.295155.220Y000谐310.3591.3093.88411.6532.0706.4742.5900.1681.295124.176Y000波43220.24319.47840.140260.2613.0625.179409.1665.0177.76979.680Y171617电572.5105.29012.94863.4475.10212.94873.8055.59014.243124.176Y000流62.5900.0060.0001.2950.0010.0002.5900.0060.00052.775Y000含725.8971.2202.59023.3071.2682.59024.6021.3302.59091.062Y000量814.2430.0930.00012.9480.0850.00014.2430.0930.00039.322Y000(A)91.2950.0060.0000.0000.0000.0001.2950.0040.00042.427Y000

106.4740.0340.0003.8840.0280.0005.1790.0310.00032.079Y000

112.5900.3661.2952.5900.2691.2952.5900.2671.29557.949Y000指标类别最大值最小值平均值95%值国际限值总监测次数超限次数合格合格率电压偏差A相18.94%7.55%2.46%2.55%10.00%201577否96.18%

B相12.47%4.50%2.63%2.42%10.00%2015158否92.16%

C相18.33%5.84%2.02%3.03%10.00%201511是99.45%问题：第4次谐波明显偏高。谐波最大值不合常理。电压合格率评估问题。说明：RPM1650推出迄今已逾10年。以IEEE标准算法为基础，其逐周期无间隙连续分析技术、Windows平台电能质量综合分析等，当年曾雄居行业最前端。RPM1650在骤降与瞬态过电压监测方面也广受好评。2007视角：FFT时间窗为单周期；可能对电容投切等瞬态作FFT评估谐波；对瞬态与骤降作稳态计算考核电压合格率。

500kV西江变电站是西电东送、广东接受贵州至肇庆超高压直流输电的门户，广东电网及华南电网枢纽点。*FLUKE深圳办事处，2007年10月F1750电力用户：如何诊断电能质量故障？(2)电力公司监测仪器厂家生产设备制造厂家咨询专家技术人员管理层“配电网供电没问题。问题出在你厂里！”“没有提供有价值的监测数据？”“我们的设备按标准设计与制造，非常可靠。问题应该出在您厂里。”“可能是A、B、C、…”？电力用户：如何诊断电能质量故障？(3)电力公司监测仪器厂家生产设备制造厂家咨询专家技术人员管理层“确认是电源供电问题。”“谢谢！”“确认是你的设备故障”“一定是原因D”电能质量：谐波谐波：产生原因、危害与治理★谐波电流产生原因：整流负载★谐波电压产生原因：用户的谐波电流★谐波的主要危害：谐振、设备过载发热★解决方案：提高设备容量、滤波谐波电流：负载非线性(1)线性系统：判断标准：对正弦波输入的响应线性系统特点：输入正弦波，输出为同一频率的正弦波。输入输出之间有幅值差异及相移。线性负载：电阻性，电感性，电容性。非线性负载：如：内含整流电路的设备。负载的电流与施加的电压不呈线性关系，电流中包含有其它频率成分，即：谐波。例：整流负载的非线性谐波电流的产生原因整流负载的非线性例：半波整流电路的输出信号例：三相桥式整流电路的非线性(A相电流：THD为99%)(A相电流：THD为31.9%)(电网侧电流：THD为136%)(电网侧电流：典型频谱)输入正弦波输出正弦波线性系统相移AoutAinAout=KAin输入输出系统电源系统阻抗线性阻抗I3rdI5thI7th谐波电流：负载非线性(2)6脉动整流设备：电流频谱，第5、7、11、13次谐波线性负载与非线性负载典型的非线性负载：晶闸管整流设备线性负载非线性负载电流波形电流波形电压波形电压波形非线性负载电流波形频谱THD变频器充电器计算机荧光灯电压电压电流电流非线性负载的等值电路谐波电压：非线性负载的谐波电流(1)流过系统阻抗的谐波电流，导致了谐波电压的产生。谐波电流、系统阻抗、以及由此产生的谐波电压，随时间而变化。F430：波形测量F430：谐波分析谐波电压的产生原因由用户非线性负载的谐波电流而引起系统阻抗谐波电流U=E-ZIEZI电压源其他负载非线性负载●加大供电系统容量抑制谐波影响与危害的主要措施之一：提高系统容量。供电系统容量越大，则：系统等值短路阻抗就越小，母线谐波电压水平则越低。●选择更高等级的供电电压高压电网的短路容量大。大功率谐波源负荷，可以由电网的更高一级电压供电。谐波电压：非线性负载的谐波电流(2)●非线性负载的谐波电流在系统阻抗上产生的电压降，导致配电网出现谐波电压。系统阻抗电压源线性负载基波电流线性负载示例系统阻抗电压源非线性负载含谐波电流出现谐波电压非线性负载示例非线性负载线性负载系统阻抗电压源系统电源正弦波非线性负载电流含高次谐波线性负载受配电网影响配电网电压出现谐波PCC点谐波问题的现象：过电流谐波：集肤效应●集肤效应：交流电流趋向于在导体外表面流动。工频下集肤效应影响很小，300Hz以上时较为显著。高的谐波频率增大了导线的谐波电阻，导致附加的损耗和过热。三相线性平衡负载三相线性不平衡负载三相非线性平衡负载中性线：无电流中性线：基波电流中性线：谐波电流零序谐波电流：中性线过载发热问题●区分谐波相序的目的：零序谐波电流(如3,6,9)：导致中性线过载发热、地电位升高。

(零序谐波：次数为3n，n=1,2,3,…)负序谐波电流(如2,5,8)：三相不平衡。

(负序谐波：次数为3n-1，n=1,2,3,…)

●中性线过载发热、地电位升高的解决方案：加粗线缆(IEC60364-5-52)*IEC60364-52：中性线大小与3次谐波含量中性线增大倍数相电流第3次谐波(%)*IEC60364-5-52,Electrical

installations

ofbuildings–Part5-52:Selectionanderectionofelectricalequipment–Wiringsystems相电流测量结果中性线测量结果谐波的主要危害●可能引发谐振现象，导致电容器、互感器等因过电流或过电压而损坏。●谐波可能导致继电保护、安全自动装置拒动或误动作。●增大了电力系统的谐波损耗。●降低电力设备利用率，使电气设备(如旋转电机、电容器、变压器)及导线(如低压中性线、电缆、母排等)过载运行(发热、振动、异常声响等)，缩短使用寿命。3次谐波：导致中线过载谐振：电容器损坏事故谐波：变压器损坏事故谐波：导致设备过载运行、发热谐波治理：无源滤波器、有源滤波器畸变电流波形：分解为正弦基波及谐波波形50Hz(h=1)150Hz(h=3)250Hz(h=5)350Hz(h=7)450Hz(h=9)550Hz(h=11)650Hz(h=13)畸变电流波形：分解为基波及各次谐波成分电流发生器DSP有源滤波器CTIhIfundIload负载电流谐波电流基波电流系统电源系统阻抗线性阻抗I3rdI5thI7th无源滤波器组示例图有源滤波器示意图I3rdI5thI7thI11th频率(Hz)阻抗双调谐无源滤波器概况为了补偿设备的无功功率，提高功率因数，配电母线处一般并联装有电容补偿滤波器。在工频情况下，这些电容器的容抗比系统的感抗大得多，没有问题。如果谐波含量丰富，这些谐波使电容的容抗变小而使系统的感抗变大，可能引发谐振。并联LC电路谐振：很小的谐波电流将产生大的电压畸变。串联LC电路谐振：很小的电压畸变将产生高的谐振电流。现象：电容器支路电流过大，导致电容器损坏，或无法投运。电压频谱中，某次谐波含量明显偏大。案例*

：谐振导致谐波放大

某企业的大功率变频电机(6kV,1800kW)，结合无功补偿装设了两套滤波器，但是变频电机所产生的谐波非但没能滤除，反而被放大了。大量的谐波电流注入系统，导致电机无法正常运行。不投入无功设备时，谐波测试分析结果：

谐波状况满足国家标准的限制(标准允许值为4%)。谐波电流中5次、7次含量很少，不同负荷下THDi为5.1%～10%，符合12脉动整流设备的特点。由于6.6kV系统短路容量很大，注入系统的各次谐波电流没有超标。但功率因数有时达不到要求。投入无功设备时的测试结果：配置1200kvar电容器接入6kV母线，分两组分别设计成11、13次谐波滤波器，参数：

11次滤波通道：电容AAM4-250-1W，250kvar，4kV；电抗CKSG-6.225/6.6，6.6kV；

13次滤波通道：电容AAM4-150-1W，150kvar,4kV电抗-CKSG-2.664/6.6，6.6kV。投入滤波器后，不同运行方式下谐波测试结果均严重超标：

调速电机、2组滤波器运行，母线A相电压总谐波畸变率达12.3%。

调速电机、11#滤波器运行、13#滤波器停，6kV母线A相电压THD达9.2%，母线A相电流THD高达50%。滤波器无法正常运行的原因分析：11、13次谐波滤波器对较低次谐波电流放大。改进方法：更改电抗器参数，躲开低次谐波的谐振点。无功补偿、无源滤波器：谐波谐振问题*

陈俊杰：一组滤波器无法运行的原因分析与改进措施，《农村电气化》2005,No.4非线性负载的谐波电流可能引发谐振现象12脉动整流：电流频谱(11、13次)无功补偿电容器供电电压总谐波畸变（THD），如何计算IEC61000-4-30标准的原则50Hz系统的FFT时间窗必须为10个周波（200ms)旧标准的问题：不同的厂家的谐波测量仪器，测量结果差异很大

原因就在于原标准允许400ms,320ms,1个周波等时间间隔谐波总畸变率：谐波畸变率（THDU）等于各次谐波电压平方值和开平方除以基波的百分比我们一般都以40次谐波计算

非正弦电压或电流以谐波形式表示：有效值公式：利用三角函数的正交性，整理可得有效值积分结果：即结论：1、总有效值为直流分量及各次谐波分量有效值平方和的方根。

2、谐波分量通常将使有效值增大。

3、谐波，并不一定增大有功功率。真功率因数、基波功率因数与谐波的关系正弦波电源电压，非线性动态负载：对于正弦波电源电压，谐波电流不产生有功功率。但谐波电流使总有效值增大，从而降低了功率因数。有功功率：电流有效值：真功率因数与基波功率因数的关系：谐波：使功率因数降低THD(%)PF/DPF真功率因数、基波功率因数与谐波的关系电压骤降：最严重的电能质量事件

电压骤降的危害设备名称影响与危害制冷控制器电压低于80%时，控制其切除制冷电机，导致巨大损失芯片制造业电压低于85%时，芯片被毁，测试停止工作，内部电子电路主办故障PLC当电压低于90%持续几个周波时，I/O设备切除，低于81%时PLC停止工作精密制造业电脑或机器人控制操作的精密加工过程，当电压低于90%持续2—3个周波时，其工作过程中断直流电机当电压低于80%时，电机保护跳闸调速电机（VSD)当电压低于70%持续时间超过6个周波时，VSD被切除；当电压低于90%持续时间超过3个周波时，一些精密加工液的电机会跳闸推出运行直流接触器电压低于50%持续时间超过1个周波时，借出去就会脱扣，又是电压低于70%接触器就会脱扣计算机电压低于50%持续10个周波时，计算机工作受到影响，数据丢失电压骤降产生的原因和解决原则无论供电系统可靠性如何搞，输配电网络以及特殊负载仍会无法避免的电压骤降例如：各种短路故障，大型电机的启动