解决植物能源升级后的问题

试图节省能源美元并不总是像看起来那么简单。安装变频驱动器 (VFD) 和改造照明系统是实现显着节能的两种最快捷、最广为接受的方法。然而，结果可能会出现新的问题。

解决这些问题的第一步是了解节能设备本身可能是原因。虽然大多数节能电子照明镇流器、照明控制和
VFD 在现代配电系统中都可以正常工作，但这些设备可能会在旧设施中造成故障排除噩梦。

由高效节能升级引起的电气问题属于以下三个方面中的一个或多个：

• 申请
• 安装（包括启动）
• 维护

VFD 不匹配
设施中最常见的节能应用之一是在离心泵、风扇和鼓风机上使用 VFD。与让电机和泵全速运行并通过节流阀调节流速相比，改变电机速度是一种更有效的方式来控制流速，从而保持水温。但如果出现以下情况，则会出现问题：

• VFD 的尺寸和选择不正确
• 驱动器和电机的安装没有考虑到 VFD
• 启动时参数设置不正确
• 设计中未考虑谐波电流的影响，维护中未解决

电子负载的非线性效应
变频驱动器是一种称为非线性负载的复杂电子设备，可通过改变其输出电压和频率来控制电机速度。配电系统提供电压，但是直到转换器部分中的整流器电路开始导通，电流才会流入 VFD。由于施加电压时电流不是线性流动的，因此该设备被称为“非线性”。

当二极管突然允许电流流动时，它会在正弦波上产生一个“陷波”，从而导致正弦波失真。 VFD 整流器电路还会导致电流以 60 赫兹 (Hz) 的倍数流回配电系统。以基波倍数形式回流的电流称为谐波电流。三次谐波是 60 Hz 或 180 Hz 基波的三倍。 5 次谐波电流为 300 Hz，依此类推。

谐波
这些谐波电流不仅会使整个工厂的电压失真，而且某些谐波频率会产生该谐波特有的问题。例如，三次谐波会导致中性线和变压器过热。五次谐波会导致电机问题，例如过热、异常噪音和振动以及电机效率低下。

底线：所有电子设备都会产生谐波并使厂内分布的电压失真。

能源升级期间添加的其他典型非线性负载包括电子镇流器、计算机、控制器（PLC 等）以及楼宇自动化系统的各种组件。在测量非线性负载（尤其是电流）时，始终使用真有效值响应测试工具。如需了解为何使用 true-rms 的背景知识，请访问 www.fluke.com/true-rms。

敏感控制
这里是问题的根本原因：现代控制系统通常对所提供电力的任何质量问题都很敏感。这意味着非线性、高效率的负载不仅会给其他敏感的工厂设备带来操作问题，还会给它们自身带来操作问题。具有讽刺意味的是，为节能而安装的设备往往会导致效率低下和意外的维护成本。

幸运的是，一些快速检查和基本的电气故障排除可以解决许多问题。

VFD 故障排除示例
电机速度控制不佳和/或误跳闸： 例如，在现场遇到的一个典型的 VFD 问题是驱动器无法正确控制电机速度，甚至可能会遇到麻烦的跳闸。此特定问题的两个最可能的原因：

• 为驱动器供电的三相电压不平衡
• 谐波流出变频器，返回配电系统

例如，由于谐波产生的失真正弦波，安装了 VFD 的冷水机组可能会在系统中的指定位置遇到温度控制问题。这种失真会影响冷水机中 PLC、温度控制器和其他控制装置的运行。

另一种可能：如果转速表反馈电缆选择和安装不当，错误的电机速度信息会反馈到变频器中，使变频器无法控制真实的电机速度。

解决方案：为这些低压信号铺设屏蔽电缆，并仅在一端接地。

在布设这些低压导线时，确保它们不要安装在靠近电源导线的地方。电力电缆的电磁感应会影响低压控制。

安装检查： 要解决 VFD 控制问题，首先要检查安装设计。可能选择了正确的驱动器、电机和相关设备——但无论如何都要验证。走下来观察安装。是否正确选择和安装了正确的电缆类型？安装是否适合它的安装环境？机柜是否无尘且通风良好？

驱动参数检查： 查看编程到驱动器中的参数。输入的数据是否与电机铭牌相符？驱动器是否设置为正确运行，例如用于节能泵和风扇应用的可变转矩？如果 VFD 没有按预期控制电机，可能是因为操作参数设置不正确，或者很可能是由一些好心的人试图纠正其他问题而重置的。

快速测量检查： 使用真有效值数字万用表测量 VFD 输入电压，验证电压不平衡是否符合制造商的规格。使用电能质量钳形表或电能质量分析仪测量 VFD 供电点的谐波频率和电平。此外，检查馈线是否有谐波返回，其中 VFD 的电源也为其他负载供电。

解决方案：如果出现电压不平衡问题，请转移并均匀分配单相负载。如果发现原因是谐波，请联系驱动器制造商或谐波滤波器制造商，确定并安装正确调谐的谐波滤波器。

照明改造问题
令人讨厌的绊倒： 毫无疑问，照明改造可以节省每月的电费。但许多设施投资于照明升级却发现灯光闪烁或根本不工作。看似无关的三相电机过热，服务器和计算机出现故障，数据丢失。断路器上的误跳闸突然开始发生。新安装的电子设备在过压或过热时神秘地跳闸 - 但设备没有显示任何此类异常情况的迹象。

此类问题通常与谐波有关。 IEEE 的一项研究表明，如果荧光灯占设施负载的 25% 或更多，这些谐波可能会成为一个重要问题。

电子镇流器经常将谐波电流引入配电系统。如果该设施是较旧的，并且对于连接到照明电路（共享中性线）的三个未接地相导体中的每一个只拉入一根中性线，结果可能是中性导体、配电盘和变压器过热。维护人员经常会发现并纠正这些问题。

提示：根据需要拉入额外的中性线，每相共一根。红外热像仪通常可以在故障前识别这些问题。

调光器控制： 对带有电子镇流器的 T-8 灯的常见改造和用紧凑型荧光灯 (CFL) 替换白炽灯都可以显着节省能源。为了进一步节省能源，在不需要全光输出时将荧光灯调暗。这种调光可以通过手动调光器或根据需要感应室内或室外光线水平的光电传感器来实现。

确保将正确类型的调光器控制与要调光的镇流器和灯类型相匹配。此处的不匹配不仅会导致设备操作不当，还会导致照明系统组件损坏。

根据所使用的调光控制类型，可以安装在 0 到 10 伏电压下运行的额外控制接线。在安装或维护过程中将此类控制线放置得离电源线太近会导致照明控制不稳定。

提示：在安装过程中保持控制接线尽可能短。

应检查在安装节能控制装置后不规则地关闭和打开照明组的自动照明控制装置的传感器是否正常工作。某些光传感器可能具有死区调整功能，可用于更改关灯和开灯之间的时间。

电机过热： 作为节能照明升级的一部分，可能会切换照明组以节省能源。根据切换的电路，三相系统可能会导致相位不平衡。维修人员接到电话，要求更换因过热而损坏的电机。

提示：检查在工厂运行的所有阶段提供给电机的电压。

电机端子的最大电压不平衡不应超过 1%。超过 5% 的不平衡运行电机可能会导致电机损坏。

结论
升级后解决问题的最佳工具是训练有素、装备精良的劳动力。了解节能应用的工作原理是解决相关问题的第一步。检查设计、安装和任何启动程序以隔离和纠正许多问题。由于需要对设备进行维护，因此请使用合乎逻辑的系统方法和正确的工具来隔离问题。

查看图 1，了解节能升级后遇到的典型问题以及从何处着手的想法。

如需更多信息，请访问 Fluke Corporation 网站 www.fluke.com。

图 1. 能源升级后报告的典型问题以及解决问题的一些快速检查。

图 2. 为了保持您的能源升级节省，学习在内部排除和修复相关问题。