谐波测试仪的使用

1、 总则

（1） 电能质量的现状

随着高科技产业的发展，电力用户对供电质量和可靠性越来越敏感， 电器设备的正常运行甚至使用寿命都与之息息相关。电能质量问题又可分为电压质量和电流质量两个方面。电压质量问题指会影响用户设备正常运行的 不理想的系统电压，包括电压的闪变(Flick)、瞬时过电压(Swell)、谐波畸变 (Harmonics)、各相电压不平衡(Unbalance)等情况；电流质量问题指电力电子 设备等非线性负荷给电网带来的电流畸变，包括流入电网的谐波电流，以及无功、不平衡负荷电流、低频负荷变化造成的闪烁等。

目前电能质量问题主要由负荷方面引起。例如冲击性无功负载会使电网电 压产生剧烈波动，降低供电质量。随着电力电子技术的发展，它既给现代工业带来节能和能量变换积极的一面，同时电力电子装置在各行各业的广泛应用又对电能质量带来了新的更加严重的损害，已成为电网的主要谐波污染源。谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，使绝缘老化，寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波还会引起电力系统局部发生并联谐振或串联谐振，使谐波含量被放大，致使电容器等设备烧毁。 （2） 谐波的产生

谐波的产生：冶金、石化、矿山、建材、钢铁、医疗、 给排水，以及大、中型企业的变电所或配电室的电力系统中都包含有大量的谐波源，谐波主要是由各种电力电子装置（含家用电器、计算机等的电源部分）、变压器、发电机、变 频器、电弧炉、荧光灯等。在电力电子装置大量应用之前，最主要的谐波源是电力变压器的励磁电流，其次是发电机。在电力电子装置大量应用之后，它成为最主要谐波源。 （3） 谐波的危害

谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的使用效率，大量的3次谐波流过中线时会使线路过热甚至发生火灾。 谐波影响各种电气设备的正常工作。谐波对电机的影响除引起附加损耗外， 还会产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热。

谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短以至损坏。 谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，这就使上述两项危害大大增加，甚至引起严重事故。

谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并会使电气测量仪表计量不正确。

谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者引起噪声，降低通信质量；重者导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。 （4） 谐波测试的必要性

不同的谐波源产生的谐波含量具有很大的差异性，不同的用户其负载使用的 情况也不同。同样的谐波源在不同场合、不同用户那产生的谐波危害也不一样，有可能会加重，也有可能会减弱。因此，需要对具体用户进行具体分析。 通过对现场用户负载实际运行情况的了解，对用户实际电能质量的测试，掌握其具体谐波含量，对其数据进行分析，以达到最好的滤波补偿效果。

2、 现场交流需要了解掌握的内容

测试人员到达现场后，应与用户相关技术人员充分交流，掌握所需项目信息， 以便后期的方案设计。需要了解掌握的内容包括如下： （1） 电力系统图

最好能拷贝到电子版用户的电力系统图，通过系统图我们可以了解到用户的设备组成情况，以免用户在口述时有遗漏的。 （2） 谐波测试考核点(PCC点)

应了解用户谐波测试考核点（PCC点）的具体位置；掌握PCC点母线的最大、最小短路容量；PCC点协议用电量占供电系统容量比例。谐波计算分析、仿真时需用到。

（3） 主变压器参数信息

详细记录用户主变压器的相关参数信息，包括：主变压器容量（kVA）、一次/二次电压变比(kV)、一次/二次电流(A)、短路阻抗(%)、空载损耗（kW）、负载损耗（kW）、空载电流（A）、变压器接法（Y/Δ点数）、其他有关信息。 （4） 主要谐波源专用变压器参数信息

详细记录用户主要谐波源专用变压器的相关参数信息，包括：变压器容量（kVA）、一次/二次电压变比(kV)、一次/二次电流(A)、短路阻抗(%)、空载损耗（kW）、负载损耗（kW）、空载电流（A）、变压器接法（Y/Δ点数）、其他有关信息。

（5） PCC点至主变的电缆型号、长度

了解用户PCC点至主变压器的连接电缆的规格型号、长度，计算线路阻抗用，分析系统阻抗。

（6） 若用户原先配有补偿装置应了解其具体配置

若用户原先配有补偿装置应充分了解其具体配置，包括：安装位置、容量、额定电压、补偿方式、接法、电抗率等相关参数。看其是否可继续使用，是否会与我方设计的滤波补偿装置相冲突，是否会引起谐振等。 （7） 主要谐波源的具体情况

应向用户详细了解主要谐波源的相关信息，包括：谐波源的性质（变频器、电弧炉、中频炉、电动机、轧机等）、整流脉动数、功率整流类型（可控硅整流/二级挂整流）、设备容量、数量。如为多个谐波源因分别记录。 （8） 用户用电情况

应掌握用户的具体用电情况，包括：每月的有功功率平均值、每月无功功率平均值、当前平均功率因数、目标功率因数、用户近半年的有功实际消耗量、用户近半年的无功实际消耗量、工作制式（8/24小时）、各种负荷状态下的功率因数、近期用电设备增加情况。 （9） 谐波测试注意事项

测量的谐波次数一般为第2到第25次，根据谐波源的特点或测试分析结果。 对于负荷变化快的谐波源（例如：炼钢电弧炉、晶闸管变流设备供电的轧机、电力机车等），测量的间隔时间不大于2min，测量次数应满足数理统计的要求，一般不少于30次。

谐波测量的数据应取测量时段内各相实测量值的95%概率值中最大的一相值，作为判断谐波是否超过允许值的依据。但对负荷变化慢的谐波源，可选五个接近的实测值，取其算术平均值。

为了实用方便，实测值的95%概率值可按下述方法近似选取：将实测值按由

大到小次序排列，舍弃前面5%的大值，取剩余测值中的最大值。

参考《谐波测试报告》。 3、 测试仪器的具体使用方法

测试仪器： Fluke 435（含本体、数据线、电源、电压钳、电流钳） 注意：我公司购买的Fluke 435 谐波测试仪具有3种电流钳（5A、400A、 3000A），应根据现场实际使用情况选配合适的电流钳。

测试配套安全设施： 安全帽、绝缘手套、绝缘鞋

注意：现场谐波测试人员测试前，应将配套安全设施佩戴好，并且测试时至 少有2人在场，严禁1人单独操作。

测试地点：用户PCC点考核侧。

注意：如进行6kV以上高压谐波测试，应在用户主变压器后进线柜进行测量，在二次端进行测量，选用5A电流钳；如进行400V低压谐波测试，应在用户主变压器后进线柜进行测量，根据用户低压侧额定电流，选用400A或3000A电流钳。

具体测试步骤： （1） 测试仪输入端连接

对于三相系统，按图1所示连接。首先将电流钳夹在A相（L1）、B相（L2）、 C相（L3）及N相（中性线）导体上。钳夹上标有箭头（应从负载端流出指向变压器端），用于指示正确的信号极性。

接下来，完成电压连接：先从接地（Ground）连接开始，然后依次连接N、A(L1)、B(L2)和C（L3）。记住要复查连接是否正确。要确保电流钳夹牢固并完全夹钳在导线四周。

如测试时间较长，看电池用量是否充足（电池满格状态下可供3小时测试），如电量不够，还应连接上电源。

图1 分析仪与三相配电系统的连接

（2） 测量模式快速概览 “SCOPE”—— 示波器模式 测量模式 示波器波形 示波器相量

“MENU”——测量菜单 通过菜单（MENU）键可以使用的测量功能。有下列功能可用： 测量模式 V/A/Hz 屏幕类型 计量屏幕 趋势图 骤升与骤降 趋势图 事件表 谐波 条形图 测量结果表示方法 数值：电压、电流、频率及波形因数。 计量屏幕中的数值相对于时间的趋势。 相对于时间的快速更新趋势图：电压/电流 记录违反极限值的事件：标准/详细表格可用 电压/电流/功率谐波、谐间波、总谐波失真（THD）、DC 计量屏幕 一组谐（间）波的数值 否/否 否/否 光标/缩放 否/否 是/是 是/是 否/否 是/否 屏幕类型 波形 矢量图 测量结果表示方法 示波器显示电压/电流及数值 电压/电流相位关系及数值 光标/缩放 是/是 否/否 功率与容量 计量屏幕 数值：有功功率/视在功率/无功功率/功率因数/位移功率因数/电压/电流/能量使用量,能量计输出脉冲计数 趋势图 闪变 计量屏幕 趋势图 不平衡 计量屏幕中的数值相对于时间的趋势 数值:短时间/长时间闪变，Dc，Dmax，TD 计量屏幕中的数值相对于时间的趋势 是/是 否/否 是/是 否/否 计量屏幕 数值：电压/电流不平衡（相对读数%，绝对读诗）、基相电压/电流/相角 趋势图 矢量图 表格中的数值相对于时间的趋势 电压/电流相位关系及数值 电压/电流波形及数值 记录违反可调整极限值的事件 是/是 否/否 是/是 瞬态 波形 浪涌电流 电力线发信 趋势图 趋势图 记录超出可调整极限值的事件 频率1和频率2控制信号相对于时间的趋势（振幅、持续时间） 是/是 是/是 事件表 记录日期、时间、类型、电平及事件持续时间 否/否 记录器 趋势图 所选读数（最小值、最大值和平均值）相对于时间的趋势 是/是 计量屏幕 事件表

数值：所有选定读数 记录违反极限值事件：常规/详细表格可用 否/否 否/否 “MONTIOR”——电力质量检查。有下列功能可用： 测量模式 主屏幕 屏幕类型 条形图 测量结果表示方法 通过开始菜单：主要电力质量量度。详细信息见功能键F1(V rms),F2(谐波)，F3(闪变)，F4(骤降，干扰，快速电压变化，骤升)及F5(不平衡，频率，电力线发信)。 光标/缩放 是/否 F1?F5 事件表 趋势图 条形图 记录违反极限值的事件：标准/详细表格可 否/否 用。 用F1选择的数据组相对于时间的趋势F5. 是/是 谐波详细条形图。 是/否

（3） 屏幕和功能键

谐波测试分析仪有五种不同的屏幕类型可供显示测量结果。每种屏幕类型均以清楚明了的数据显示方式布局。相位分别用不同颜色表示。可用箭头和功能键来选择：黑色背景的高度显示表示当前选择。具体屏幕及其功能解释如下：

A、

计量屏幕

该屏幕给出重要数字测量值的快速概览。如：VOLTS/AMPS/HERTZ（电压/电流/频率）模式下的计量屏幕。

屏幕信息：

功能键：

B、

趋势图（TREND）屏幕

趋势图（Trend）屏幕在计量屏幕的一行内显示测量值随时间的变化。例如：VOLTS/AMPS/HERTZ TREND。时间为水平显示。趋势图显示在屏幕的右侧逐步形成。为了持续记录数据，在需要时，可压缩时间轴。

屏幕信息：

功能键：

C、

波形（WAVEFORM）屏幕

以示波器波形屏幕为例。电压和电流波形的显示方式与示波器相似。

屏幕信息：

功能键：

D、

相量（PHASOR）屏幕

在矢量图中显示电源盒电流的相位关系。以示波器相量（Scope Phasor）屏 幕为例：

屏幕信息：

功能键：

E、

条形图（BAR GRAPH）屏幕

例如电力质量监测（Power Quality Monitoring）条形图屏幕。如果重要的 电力质量（Power Quality）参数满足要求，该屏幕还提供快速指示。

参数包括：RMS有效值电压、谐波、闪变、快速电压变化、骤降、骤升、干扰、不平衡、频率及电力线发信。

如果相关参数超出其标称值之外，则条的长度增大。

条形图具有较宽的基线（指示某个参数必须在规定水平之内的用户可定义时间百分比：例如10分钟观察期内95%的读数必须在水平之内）及指示固定的100%极限的狭窄顶部。如果违反了这些极限值中的一个，则相关的条将从绿色变成红色。水平虚线表示显示屏上的两个极限。你可以使用一组预先定义的极限值或自定义极限值。例如按照国家标准预先定义的极限值。

电力质量监测（Power Quality Monitoring）可通过监测（MONITOR）键使用，及通过菜单立即或定时启动。

光标下的条形图测量值显示在屏幕的表头部位。

屏幕信息：

利用功能键打开包含下列详细信息的子菜单：

（4） 设置分析仪

设置（SETUP）键可打开菜单来针对您的测量要求设置分析仪。

功能键允许使用子菜单来调整：

功能键中需注意以下参数的设置：

F1——显示信息的语言，设置为“Chinese”,按“OK”退出。

F4——“Phase Colors”中可将“L1/L2/L3/N/GND”设置为常用的“黄/绿/红/蓝/黄绿”；将“Battery Save”设为“Disabled”,这个将在数据由仪器导入电脑时起作用；将“Memory Configuration”设为“8MB Memory,8MB logging”。

“CLEAR ALL MEMORY”将清除记录模式下的测试值和屏幕。

“SETUP”界面中主要进行以下参数的设置：

根据实际接线方式，选择接线配置，在“Config”按“ENTER”进入选择接线配置界面，选择相应的接线方式。通常在低压测试时选择“PAGE1-3.0 WYE”，在高压测试时选择“PAGE2-3.0 1T”,通过F1~F3来选择FAGE1~3,通过箭头进行调整，按F5(OK)确认，再按（OK）退出。

根据实际测量电压，选择标称电压，通过箭头进行调整，让光标指在“Vnom”，按“ENTER”进入选择标称电压界面，选择相应的标称电压。通常在低压测试时选择“400V”，在高压测试时选择“100V”。

根据电流夹钳的类型选择探头类型，通过箭头进行调整，让光标指在“A Range”,按“ENTER”进入选择探头类型，通过箭头进行选择对应的探头类型。通常在低压测试时选择“1 mV/A”对应400A或“0.1 mV/A”对应3000A，在高压测试时选择“i5s”对应5A。

（5） 保存屏幕

该测试仪可保存50个屏幕值，用于测试观察。

内存使用

内存（MEMORY）键允许使用菜单来保存（SAVE）、调用（RECALL）、删除（DELETE）数据与屏幕（Data and Screen）副本以及打印（PRINT）。数据文件包括屏幕、趋势图、计量屏幕、设置值及极限值。在调用后可使用光标和缩放。

功能键允许进行以下选择：

（6） 使用操作详细说明 A、

示波器波形和相量

简介：

示波器（Scope）模式以波形或矢量图方式显示所测电力系统的电压和电流。 此外还显示相位电压、相位电流、频率、电压和电流之间的相角等效值。 示波器波形

按“SCOPE”键进入示波器波形

示波器波形（Scope Waveform）屏幕中以示波器样式快速更新电压和/或电流波形的显示。屏幕表头部位显示相关的rms有效值电压/电流值。依照默认，显示两个波形周期。通道A(L1)是基准通道，显示从0V开始的两个完整周期。

可用的功能键：

为了能在绝大多数情况下获得良好的显示效果，波形的范围都作了预先调整。这是标称电压（Vnom）和电流量程（A量程）为基础。如果需要，可以修改波形范围。

按F3进入示波器相量（Phasor）屏幕：

相量（Phasor）屏幕是在矢量图中显示电源和电流的相位关系。基准通道A(L1)的矢量指向水平正方向。其他数值包括基波相位电压、频率和相角。屏幕表头部为显示rms有效值和电压和/或电流值。

可用的功能键：

提示与技巧：

B、

电压/电流/频率

简介：

按“MENU”键进入菜单，选择“电压/电流/频率”，按“OK”键进入。

可用的功能键：

按“TREND”键进入趋势图

可用的功能键：

提示与技巧：

C、

谐波 简介：

按“MENU”键进入菜单界面，选择“谐波”，按“OK”键进入谐波测试界面。

下表显示一个屏幕内同时显示的条形图数量：

可用的功能键：

按“F3(METER)”进入计量屏幕：

计量屏幕画面中每个相位显示8个测量值。使用设置（SETUP）键和功能键F3-功能参数选择（FUNCTION PREF）,您可以选择屏幕内容。

可用的功能键：

按“F4(TREND)”键进入趋势图屏幕：

可用的功能键：

提示与技巧：

D、

功率和电能

简介：

按“MENU”键进入菜单界面，选择“功率和电能”，按“OK”键进入。

可用的功能键：

提示与技巧：

E、

闪变

简介：

注意：

按“MENU”键进入菜单界面，选择“闪变”，按“OK”键进入。

闪变的特征包括：短期严重性Pst（1min）(在1分钟时间内测得，用于快速反馈)、短期严重性Pst(在10分钟时间内测得)及长期严重性Plt(在2个小时时间内测量)。

按“F4(TREND)”键进入趋势图屏幕

可用的功能键

提示与技巧

F、

不平衡 简介：

按“MENU”键进入菜单，选择“不平衡”，按“OK”键进入。

可用的功能键：

按“F4(TREND)”进入趋势图界面

可用的功能键

按“F3”功能键进入“不平衡相量”界面

可用的功能键：

提示与技巧

G、 简介

记录模式

按“MENU”键进入菜单界面，选择“记录模式”，按“OK”键进入。

待记录的读数组可在功能键F1-设置读数（SETUP READINGS）下的菜单中选择。利用上/下箭头键，您可以选择五组预先定义的读数（默认1-5）和两组用户定义的读数（用户1和用户2）。下表是默认1-5下可用读数的概览（通常选用默认4 Volt & Amp & Power & Harm.电压、电流、功率及谐波）。

通过方向键，选择“Volt & Amp & Power & Harm.”按“OK”键进入。可对具体测试内容进行修改。如下图所示

更改选择菜单

箭头键用来导览菜单。“选定”（Selected）列包含用于记录的读数。在“类别”（Category）列中，您可进进行主选择（如电压）。取决于该选择，大量读数将显示在“读数”（Reading）列中（如Vfund=基波电压）。已被选定的读数前面有一个标记。用箭头键可以选中某个读数。

用功能键F3-添加（ADD）可将选中的读数添加到“选定”（Selected）列中用于记录。如下图所示“Vfund”被选中添加的图示。

Vfund 已被选定

Vfund 可用于记录

测试前将需要记录的读数选择好，通常各类型需要记录以下读数。

类型 Volt Amp Power Energy Volt Harmonic 应选记录读数 V-rms、V-pk、Vrms-1/2、Vfund、CF Volt A-rms、A-pk、Arms-1/2、Afund、CF Amp W、VA、VAR、PF、DPF、COSФ Wh、Vah、VARh Volt THD、Volt DC、Volt H1、2、3、4、5、7、11、13、17、19、23、25、29、31、35、37、41、43、47、49、 Amp Harmonic Amp THD、Amp DC、K-Amp A、Amp H1、2、3、4、5、7、11、13、17、19、23、25、29、31、35、37、41、43、47、49 Watt Harmonic Frequency Flicker Unbalance Watt THD、Watt DC、Watt H1 Hz、Hz 10s Pst(1min)、Pst、Plt、 Unbal.(%)、Vfund、Afund 点击“Start”开始记录数据，进入记录模式（Logger Trend）界面：

可用的功能键：

按“F3(METER)”功能键，进入计量屏幕，

可用的功能键：

按“F4(EVENTS)”功能键进入事件信息界面。

事件（Events）表列出相位电压的所有门限交叉点。符合国际标准或用户自定义的门限均可使用。门限调整可通过设置（SETUP）键和极限值来完成。

可用的功能键：

（7） 测试数据的倒出

首先在要使用的电脑上安装“Power Log”软件，安装完成后在桌面上有相 应图标。双击图标进入软件界面。

Power Log 主屏幕

接着，用数据线将测试仪与电脑相连接，按如下方法进行下载。

倒出数据后，可对测试数据进行具体观察、计算；保存的屏幕也会同时倒出。如有多组数据，则要进行多次下载。

将倒出的数据进行保存，文件名格式为*.fpq，如后期需要使用时，可直接双击该文件名。

要将测试数据进行分析，需将数据倒出，点击主菜单中的“倒出数据”，弹出倒出数据保存框，输入文件名进行保存。

注意：因测试仪器倒出数据保存的文件格式只能为*.txt格式，不利于数据分析，需在EXCEL表格中打开，EXCEL打开的数据容量有限，保存时可按电压、电流、其他数据分3次保存。

在EXCEL表格中打开，先新建一个空白的文档，在主菜单中点打开要分析的数据，以文本格式保存的数据。按弹出的对话框进行操作，完成后即可对测试数据进行分析。

（8） 总结：

谐波测试仪的使用，主要在于对需要测试的数据有充分的了解，仪器本身操 作难度不大，实际操作几次就能掌握测试技巧。

测试仪配套使用的软件、入门手册、软件手册、用户手册可提供给大家，供大家学习、使用！

谢谢大家！

珠海万力达电气股份有限公司 电力电子事业部 张志胜 2013.3.1