电能质量分析仪F43B的介绍

0    引言

    供电电能质量是电力工业的重要指标，它涉及发、供、用各方面投资者、经营者的权益。优良的电能质量对保证电网和广大用户的电气设备及各种家用电器的安全经济运行、国民经济各行各业的正常运作、产品质量以及提高人民生活质量具有重要意义。

    近年来，随着我国国民经济的快速发展，特别是冶金工业、电气化铁路、化学工业的发展及电力电子设备的普及，使系统中的非线性负荷及冲击性负荷日益增加，系统中的非线性（谐波）、非对称性（负序）和波动性（闪变）日趋严重，已引发不少异常和事故（例如电机的烧损、电能计量误差大、变压器过热、电容器不能正常投运、继电保护和自动装置误动跳闸等），对电网和广大用户的电气设备和各种家用电器造成了严重危害。特别是对于敏感负荷，如计算机芯片制造厂、半导体生产厂、造纸厂等，若电压下降几十ms，就会导致生产设备不能正常工作和出现大量废品，因此，电能质量问题已引起广泛关注。

    目前各国都十分重视电能质量的监测与分析，我国已先后颁布了有关电能质量的6个国家标准，即

    GB/T12325-90电能质量供电电压允许偏差；

    GB/T14549-93电能质量公用电网谐波；

    GB/T15543-95电能质量三相电压允许不平衡度；

    GB/T15945-95电能质量电力系统频率允许偏差；

    GB/T12326-2000电能质量电压允许波动和闪变；

    GB/T18481-2001电能质量暂时过电压和瞬态过电压。

    另外，还制定了《电网电能质量技术监督管理规定》（电综[1998]211号）。因此，为了保证供电系统和广大用户的电气设备和各种家用电器的安全经济运行，有必要对重要变电站的电能质量、各项指标进行监测和分析，为工程建设和事故分析提供准确的历史数据和基础数据。

    福禄克公司推出的电能质量分析仪F43B，就是为广大从事发电、输电、用电系统工作的人员提供的便携式电能质量测量分析工具。

1    F43B的性能

    F43B电能质量分析仪是目前唯一的一种将示波器、万用表和电能质量分析仪集合于一体的手持仪器。对于断路器运作，变压器过热，电机烧毁，电灯闪动，无论何种电能质量问题，F43B电能质量分析仪都可以找到问题所在。这种坚固的便携式仪器可以满足诊断电能质量和一般电气设备故障的需要。它也是用于常规电力维护，预防事故发生的理想工具。F43B在原来的F43基础上将最有用的电能质量分析仪，万用表以及示波器集成在一个坚固、便携、易用的测试仪器里。只须从主菜单中选择测量的项目，剩下的事情全部由仪器自动完成。

    F43B的外型如图1所示。

图1    电能质量分析仪F43B的外型

    F43B具有以下特点：

    ——集功率谐波测量仪，示波器和万用表于一身；

    ——包括真有效值电压、电流、真功率因数，谐波、谐波相位、谐波失真总量（THD）等众多测量功能，谐波测量高达51次；

    ——大屏幕、高亮度显示电压、电流波形和谐波频谱、电压通道可至20MHz，电流通道可至15kHz，一个屏幕同时显示，便于故障和谐波分析；

    ——动态数据存储，一次存储可记录下所有谐波信息；

    ——三相负载的功率因数测量；

    ——记录模式下的光标读数；

    ——跟踪间歇性问题，可以监测和记录多达40个瞬态信号，并显示时间标记；

    ——菜单操作，易学易用；

    ——随机包括软件和RS232接口及电缆，便于进行计算机分析和文档处理。

2    F43B的应用

2．1    F43B的记录功能

    F43B有两种记录模式：Sags＆Swells模式和Record模式。这两种模式下仪器都绘制两个以时间为坐标的电气量变化曲线。在Sags＆Swells模式下，仪器仅绘制电压和电流，在Record模式下，仪器可以绘制更多的电气量，如表1所列。这两种模式下仪器都可以选择从4min到无穷大的记录时间。记录时间越短,记录间隔也越短,解析度也越高。记录间隔是屏幕上相邻的两点之间的时间间隔。记录间隔与采样的概念是不同的，F43B的采样速率要比记录间隔高,所以，仪器可以实现在同一记录点的不同值的测量。F43B通过快速采样测量在记录间隔内的所有指定的测量量,记录光标位置的记录间隔内的最大,最小和平均值。

表1    Record模式下可以记录的参数

功能	可记录下列任意两个参数
电压/电流/ 频率测量	V,A,Hz,CF(CrestFactor)
功率测量	W,VA,var,PF,DPF(cosφ),Hz
谐波测量	Vrms/Arms/W,KF(A/W)THD, Vrms/Arms/W(1)harmonic,Hz(1),％(1)Phase(1)
电阻/二极管/ 通断测量	Ohms,Diode,ConTInuity,Capacitance
温度测量	℃
示波器显示值	DC,ACrms,DC＋ACrms,Hz,Pulse＋, Pulse－,Duty＋,Duty－,Peakmax, Peakmin,Peakmin－max,CrestFactor

　

    Sags＆Swells模式和Record模式的区别在于测量的速度。Sags＆Swells模式更适合测量短时间的电压和电流波动。Sags＆Swells在记录间隔内测量每周波的电压和电流的真有效值。例如,对于1s的记录间隔,将测量50个周波。在每一测量间隔结束时,记录最小的有效值的一周波,最大有效值的一周波,和记录间隔内所有周波的平均值。

    Record模式基本上每隔250ms(0.25s)测量一次。这对20ms一周波而言是无法捕捉单次周波事件的。在每一记录间隔结束时,也同样记录这一间隔内的最大值、最小值和平均值。(如果不使用光标,平均值就是整个记录区间的平均值)。

    Sags＆Swells模式和Record模式都可以把记录时间设为“Endless”，在这种方式下,绘图采用了压缩算法:首先采用4min记录长度,然后压缩每分钟记录,4min结束后,把一屏的图形压缩为半屏,采用8min。依次类推,然后用16min，一直到16天的记录长度。F43B通过比较相邻两个记录间隔的最大值/最小值,然后保留其中的最大/最小值。这样,F43B保留着每个记录时间内的最大值,最小值。这对于不知道要监测多长时间的情况提供了很好的解决方案。

2．2    如何用F43B测量kW·h

    对于用户来说，kW·h的测量是经常会遇到的问题。

    对于恒定负载，仅仅测量功率就可以知道在1h内消耗多少电能。例如60W的电灯泡，使用1h消耗60W·h；使用500h消耗60×500=30kW·h。

    对于临时性负载或变化的负载，就需要使用F43B的记录模式来记录对应时间的电能。

    ——最简单的方法就是记录W·h，那么WAVG读数就是kW·h。

    ——如果负载仅仅接入2min，可以设定记录时间为4min，那么WAVG读数就是在这4min内的平均功率。如果想用kW·h表示，就可以用WAVG读数来除以15，(即将4min的平均功率折算成60min的平均功率)例如一个6kW的负载接入2min，当记录4min时WAVG读数为3kW，这等于0.2kW·h(3000/15=200W·h)。

    ——如果负载接入6h，你可以使用8h记录时间。WAVG读数就是在这8h内的平均功率，再用WAVG读数乘以记录时间就可以得出消耗的电能，所以在此期间内的kW·h就是WAVG读数乘以8。

    例如，在展览会、工地等场合有一些临时负载需要很大的电能，而这些临时性的大电流是不能直接从配电系统获得的，这时候就经常会用到柴油应急发电机。

    工作人员想知道在一段时间里通过柴油发电机提供了多少电能，这样就可以进行正确的收费。他可以简单地根据消耗的燃料来计费，但为了拿出证据，他通过上面描述的那样使用F43B来测量kW·h。但是,当遇到功率因数较低的时候和尖峰负荷的时候，会有一些问题。因为，如果仅仅根据kW·h收费是不准确的，而且发电机必然产生无功功率。所以在记录kW的同时记录kV·A是很有道理的，记录屏幕可以记录两个参数，通过定位光标，可以显示带日期和时间标志的尖峰kV·A。

3    结语

    由于电能质量分析仪F43B具有强大的功能，相信今后F43B会被广泛应用于电力、石化、冶金、铁路及通信电源质量监控和故障分析。