电能质量分析仪在电力行业中的应用 -仪器仪表基础知识、仪器仪表原理

电能质量分析仪在电力行业中的应用

电能质量分析仪在电力行业中的应用
电能质量影响包括谐波、电压偏差、频率波动、电压跌落、三相电压不平衡、电压尖峰、零地电压过高等诸多方面。可能不同类型的企业，电能质量的影响的表现形式是不一样的。当然，不同设备对电能质量的敏感度也不一样。对于类似像气象信息中心这样的单位来说，零地电压是困扰我们机房中的信息类设备使用的一个较突出问题，而且直接影响到了信息系统的稳定运行，以及设备的使用寿命。正确处理零地电压问题，对于维护整个机房的安全、稳定运行至关重要。
为了服务器正常工作需要，IBM、HP等厂家的新型服务器对UPS输出零地电压提出了更高要求：Vn-g（零地电压） < 1V。如果现场零地电压达不到要求，服务器厂家工程师往往拒绝上电开机。
零地电压对负载的影响，总的说来主要表现在三个方面：引起硬件故障，烧毁设备；引发控制信号的误动作；对于通信机房来说还会影响通信质量。零地电压过高可以引起硬件损坏。一般情况之下，零地电压值不能超过2V。零地电压过高的危害，除了引起电子设备硬件直接损坏外，还可能引发控制信号的误动作，造成设备的误启动和误关机。零地电压过高，还可能造成误码率上升，丢包率增加，造成通信缓慢，传输速率下降。影响通信质量，延误或阻止通信的正常进行。对于计算机设备而言，零地电压过高则会导致服务器速度下降、网络交换速度降低、服务器无故关机，甚至造成硬件损坏。有的时候，服务器在零地电压高于某一值（比如2V）时就无法启动。
我们信息中心机房刚投入使用不久，其中一个存储服务器的磁盘阵列几乎每月就烧毁多枚硬盘，一枚硬盘当时市场上价值就好几万元，经济损失是小事，但因为每次更换硬盘而耽搁数据存储，对于机房的业务运行就是大事。我们联系了服务器的厂家协助查找原因，当时厂家拿来的大量各种仪器对机房的各种电气参数都检查了一遍，也没有发现
对于任何一个电力用户来讲，为其提供电力设施的供电线路一般都很长，由于各输电线路之间的电流并不相等，因此在用户端、零地之间肯定存在零地电压。
但在某些场合，异常情况往往会导致零地电压的偏大，例如：
（1）三相电源配电时负载不平衡；
（2）接地电阻不符合规范要求；
（3）N（零）线、PE（地）线线径不够或断路；
（4）高次谐波引起电位升高；
（5）电磁场干扰；
（6）使用UPS、电子稳压器等电子供电设备；
（7）用的插线板不符合电器标准等。
请问解决零地电压的措施有哪些？
分析了零地电压产生的原理，就可以找到解决方法：
1、缩短零线长度，增大零线截面积可减小零线电抗，从而将低零地电压。
此种方法解决方案的优点是效果明显，从零线电抗计算公式Zn=ρ×L÷S看，当线长L减小，导线载面积增大，Zn随之减小，零地电压也同时降低。但受到现场实际情况限制，不太容易实现。需在机房初期设计阶段充分考虑，否则很难更改。
2、谐波分析仪对于双变换真在线的UPS，当逆变器工作时，UPS输入端零线电流理论上应该为零。但由于机房输入配电柜内所有的电缆走的都是大电流，这些电流包括UPS，机房的逆变器，本楼层的照明，空调，等等。每一根电缆都含有大量的电磁干扰，所有的这些电缆被捆扎在一起走长线，使得这些高频干扰互相串扰，高频干扰电流在零线、地线上流过带来了零地之间的压降。谐波分析仪从测试波形上看零地之间的高频成分呈非固定频率的杂波，也可以反映干扰为多种设备电流的电磁骚扰叠加。
将UPS的火线和零线、地线分开走线，两者的距离应该保证在20cm以上，最好能做到40cm。其他动力电缆也应该远离UPS零线。如现场施工不能分开，零线和地线可考虑用铠装屏蔽电缆，可达到同样效果。这种解决方案的优点是可以不增加任何成本，由距离的增加来有效的衰减高频骚扰，消除零线高频电流的产生，从而达到了降低零地电压的目的。但是风险是只能降低零地电压，随着输入电压的变化，负载的变化，或者机房内任何配置的改变，电磁干扰环境可能随之改变，零地电压也可能漂移，不能做到彻底解决问题。
3、 UPS负载端加隔离变压器，并将隔离后的零线接地。
这种解决方案的优点在于能够非常有效的解决负载端零地电压问题。因为隔离后的零线接地，可以保证负载的零地电压趋近于零。隔离变压器是一个非常成熟的产品，品种全，可以满足各种功率等级的要求，供货周期短，价格低廉，而且安全可靠，无风险。
您觉得本行业的对电能质量重视程度现状是怎么样的？有哪些具体的表现？您对改进目前这种局面有什么好的建议。
我在信息中心从事电气工作已有二十年，直接间接接触的同行也非常多。包括我在内的广大电气工程师的共同感觉就是大家普遍对电能质量不重视，认为不断电就可以了，普遍对电能质量问题不了解。
这种局面的最直接后果就是我们日常维护是忽视对电能质量问题采取积极有效的措施，为今后发生电能质量事故埋下了祸根。比方说，按常理，我们认为安装UPS就能解决所有问题了，但其实UPS输出和市电供电一样也是有电能质量要求和问题，例如上面我们谈到的UPS零地电压问题，UPS输出信号的波形畸变就是谐波问题等。因此，目前当务之急是有关方面要结合相关的标准和规范，加强对电能质量的宣传和教育，让用户重视起来，这是解决问题的关键，同时电气设计工程师、相关厂商也需要重视这个问题，并付诸实际的行动

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2007-10-16 19:39:54