阮張鋒 金雷鳴 / 上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院

0 引言

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，使用大功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件以及各類(lèi)開(kāi)關(guān)電源的產(chǎn)品（如電視機(jī)、空調(diào)器、節(jié)能燈、調(diào)光器、洗衣機(jī)、微波爐），信息技術(shù)設(shè)備等迅速涌入居民家庭，雖然每臺(tái)設(shè)備向電網(wǎng)注入的諧波電流不大，但這些設(shè)備數(shù)量大、分布廣。有些家用電器如電視機(jī)、空調(diào)器等在使用時(shí)具有集中的特點(diǎn)，某些時(shí)段會(huì)使注入到電網(wǎng)的諧波電流對(duì)公用電網(wǎng)造成的諧波問(wèn)題特別突出，這不但使接入該電網(wǎng)的設(shè)備無(wú)法正常工作，甚至造成故障，而且還會(huì)使供電系統(tǒng)中性線(xiàn)承受的電流超載，影響供電系統(tǒng)的電力輸送。因此諧波問(wèn)題得到各有關(guān)方面的高度重視。

為了能夠很好地改善、解決諧波問(wèn)題，合理地使用電能質(zhì)量分析儀是一種非常有效的手段，它可以快速檢測(cè)并分析各項(xiàng)電能質(zhì)量參數(shù)，對(duì)諧波進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)從而保障生產(chǎn)安全、節(jié)能降耗和降低成本。因此，對(duì)電力質(zhì)量分析儀的校準(zhǔn)，保證其精度準(zhǔn)確顯得尤為重要。

1 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的諧波

供電系統(tǒng)諧波的定義是對(duì)周期性非正弦電量進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)分解，除了得到與電網(wǎng)基波頻率相同的分量，還得到一系列大于電網(wǎng)基波頻率的分量，這部分電量稱(chēng)為諧波。諧波頻率與基波頻率的比值，稱(chēng)為諧波次數(shù)。

根據(jù) GB/T 17626.7 — 2008/IEC 61000 — 4-7：2002電磁兼容試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)《供電系統(tǒng)及所連設(shè)備諧波、諧間波的測(cè)量和測(cè)量?jī)x器導(dǎo)則》以及電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 1028—2006 《電能質(zhì)量測(cè)試分析儀檢定規(guī)程》對(duì)諧波進(jìn)行定義和解釋?zhuān)?guī)定了電力質(zhì)量測(cè)試分析設(shè)備諧波電壓、諧波電流的準(zhǔn)確度要求以及檢定點(diǎn)的選?。ū?、表2）。

表1 諧波電壓、諧波電流準(zhǔn)確度要求

2 諧波的校準(zhǔn)

2.1 設(shè)備

本文所進(jìn)行的諧波校準(zhǔn)采用標(biāo)準(zhǔn)功率源FLUKE 6100A作為主標(biāo)準(zhǔn)器，F(xiàn)LUKE 6100A除了可以輸出正弦波電壓和電流外，還可以輸出諧波電壓、諧波電流信號(hào)，而且準(zhǔn)確度比較高，可輸出高達(dá)100次的諧波。

選用電力質(zhì)量分析儀FLUKE 43B作為被校準(zhǔn)對(duì)象，因?yàn)樵搩x器常用作便攜式電力質(zhì)量分析儀。

2.2 電壓諧波

諧波電壓的誤差測(cè)試也可以說(shuō)是諧波電壓含有率的誤差測(cè)試，在校準(zhǔn)過(guò)程中更加直觀、方便。定義第h次諧波電壓含有率HRUh= Uh/ UN×100(%)，其中UN為基波電壓（均方根值），Uh為諧波電壓（均方根值）。

表2 諧波電壓、諧波電流檢定點(diǎn)選取

采用標(biāo)準(zhǔn)源的校準(zhǔn)方法進(jìn)行測(cè)試，將標(biāo)準(zhǔn)功率源FLUKE 6100A的電壓輸出端與被測(cè)儀器的電壓測(cè)量端連接，然后根據(jù)表1、表2的規(guī)定選取各次諧波電壓含有率的標(biāo)準(zhǔn)值HRUhs，將FLUKE 6100A輸出諧波電壓含有率標(biāo)準(zhǔn)值HRUhs與被測(cè)表測(cè)試結(jié)果HRUhx進(jìn)行比較。

在諧波電壓含有率HRUh＜ 1%（A級(jí)）或者HRUh＜ 3%（B級(jí)）時(shí)按照公式ΔHRUh= （HRUhx-HRUhs）計(jì)算被檢表的諧波電壓含有率測(cè)試誤差。根據(jù)表1得出ΔHRUh的誤差限值為0.05%（A級(jí)）和0.15%（B級(jí)）。由此來(lái)判斷被檢表諧波電壓是否合格。

在諧波電壓含有率HRUh≥1%（A級(jí)）或者HRUh≥3%（B級(jí)）時(shí)按照公式r HRUh= （HRUhx-HRUhs）/ HRUhs×100%計(jì)算被檢表的諧波電壓含有率的相對(duì)誤差。根據(jù)表1得出r HRUh的誤差限值為5%。由此來(lái)判斷被檢表諧波電壓是否合格。

以便攜式電力質(zhì)量分析儀FLUKE 43B為例，設(shè)置基波電壓UN= 230 V，標(biāo)準(zhǔn)功率源FLUKE 6100A的輸出諧波電壓含有率為3%，得到數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 3%時(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù)

2.3 電流諧波

電流諧波的校準(zhǔn)基本和電壓諧波相同，先將標(biāo)準(zhǔn)功率源FLUKE 6100A的電流輸出連成回路，然后將電力質(zhì)量分析儀FLUKE 43B的鉗形探頭鉗在回路中，將FLUKE 6100A輸出諧波電流含有率標(biāo)準(zhǔn)值HRIhs與被測(cè)表測(cè)試結(jié)果HRIhx進(jìn)行比較。

在諧波電流含有率HRIh＜ 3%（A級(jí)）或者HRIh＜ 10%（B級(jí)）時(shí)按照公式ΔHRIh= （HRIhx- HRIhs）計(jì)算被檢表的電流含有率測(cè)試誤差。根據(jù)表1得出ΔHRIh的誤差限值為0.15% （A級(jí)）和0.5% （B級(jí)）。由此來(lái)判斷被檢表諧波電流是否合格。

在諧波電流含有率HRIh≥3%（A級(jí)）或者HRIh≥10%（B級(jí)）時(shí)按照公式r HRIh= （HRIhx-HRIhs）/ HRIhs×100%計(jì)算被檢表的諧波電流含有率的相對(duì)誤差。根據(jù)表1得出r HRIh的誤差限值為5%。由此來(lái)判斷被檢表諧波電流是否合格。

設(shè)置基波電流IN= 5 A，標(biāo)準(zhǔn)功率源FLUKE 6100A的輸出諧波電流含有率為10%，得到數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 10%時(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù)

諧波電壓和諧波電流的校準(zhǔn)可以分別單獨(dú)完成，也可以一起進(jìn)行，由于標(biāo)準(zhǔn)功率源FLUKE 6100A可以同時(shí)設(shè)置需要輸出的電壓電流諧波值，所以方便了測(cè)試，測(cè)試的方法以及判斷等級(jí)均與上述相同。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析，校準(zhǔn)諧波的方法采用標(biāo)準(zhǔn)源法是比較直觀簡(jiǎn)便的，通過(guò)調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)功率源FLUKE 6100A不同次數(shù)的電壓、電流諧波含有率，直接讀出電力質(zhì)量分析儀上的顯示值，從而判斷是否合格。這種方法對(duì)大多數(shù)的電力質(zhì)量分析儀的諧波功能都可以校準(zhǔn)，但是有些分析儀的電壓、電流輸入輸出端是同一個(gè)端口，而且不能單獨(dú)進(jìn)行輸入校準(zhǔn)，這就需要采用其他方法，如通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)源、標(biāo)準(zhǔn)表的串并聯(lián)，甚至需要其他通信輔助設(shè)備的進(jìn)一步探索與研究，以解決其諧波功能的校準(zhǔn)。

[1]全國(guó)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì). GB/T 17626.7-2008[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[2]電力行業(yè)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì). DL/T 1028-2006[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.