测量工具： Fluke 43B 电能质量分析仪

操作者： 公用电网工程师

所使用的功能： 电流波形、谐波频谱和 THD

问题描述

这个案例涉及到对被农田和空地所环绕的乡村电网变压器故障的调查。这种故障发生在很少出现电能质量问题的区域。

图１所示的是系统的单线示意图。故障变压器在中间电压馈线的末端。变压器次级线圈被设为120/280V，3相，４线系统。负载由３个最终用户组成：一个小型的公寓群、一个乳牛场，和一个高尔夫俱乐部。

工程师首先检查连接至同一馈线的其它变压器的故障报告，开始了他的调查工作。这样的小调查并没有发现任何问题，于是，他推测问题可能和次级负载有关。他下一步工作是询问最终用户。

农场主介绍说，在变压器出现故障时，他的牛奶处理设备正在工作。他还说，在故障之前，并没有发生什么异常的事情，并且在更换变压器之后，他的设备仍然工作正常。

公寓管理员会议说，在发生故障的那个晚上，一切都很平静。公寓的居住者在家里烹饪晚餐和看电视。没有发生什么异常的事情。

高尔夫俱乐部负责人说，在变压器发生故障的那天，俱乐部举办了一个大型的比赛。俱乐部租借了几组电池组为高尔夫推车供电，以补充其正常的队伍。在比赛结束时，操作者将全部的电池都插上来进行充电。一个小时后，俱乐部的总配电盘的一个保险丝被烧短了。负责人更换了保险丝，此后不久，电源没有了――这次是因为变压器故障。

测量方法

工程师要求拿一个高尔夫推车来进行充电，这样他就能记录谐波频谱和电池的充电电流波形。结果如图２和图３。

推理和分析

　　由于存在将交流转换为直流的二级管或其它半导体器件，电池充电器一定是产生谐波电流的非线性负载。图２所示的是变压器耦合的二级管整流器的典型波形。Fluke 43B显示高尔夫车充电器的电流的总谐波失真(THD)为37%。高于20%的值是非常危险的，相对于变压器的总负载，它提供了比重很大的充电器负载。

　　当谐波电流传输至变压器时，会导致线圈和变压器芯上的额外热量。高频涡电流导致的损耗是造成额外热量的次要原因。一些额外的谐波加热是由表面效应引起的，此时，导体的有效横截面被高频谐波降低了。变压器能够承受的谐波加热的能力是和总的次级负载成反比的。如果相当部分的负载电流包含谐波，负载重的变压器容易过热并重现故障。

　　对于农村变压器的情况，总负载有三个最终用户组成，并且三个负载同时使用了峰值负载。熔断丝的定时和最后的故障表明，突然增加大的电池充电器负载导致变压器过热。

　　通常情况下，高尔夫俱乐部的充电器负载在一天内是交叉的。人们在每局高尔夫球结束之后进行充电。象这种打乱交错模式的比赛的情形是不多见的。操作者几乎在同时将租借的充电器插入电源插座。突然增加的电池充电器负载和公寓的峰值负载相重合了。在晚饭时间，当人们在使用电灶、电冰箱、洗碗机和电视，出现了峰值负载。

解决方案

　　为防止故障，高尔夫俱乐部主管同意实行认真的负载管理。在任何时间，他都将严格限制所连接的充电器的总量，并且避免在5:00 到 7:00 pm之间使用充电器。