测量工具： Fluke 43B电能质量分析仪
操作者： 水厂的电气工程师
所使用的功能：电压、谐波频谱
问题描述
有一个小城镇的水来自于30英里外的一个山地湖。一套抽水系统将水抽过一个短的斜坡，并送入自流管道，从而供给城镇的配水系统。
在进入管道之前，水要先经过一个过滤装置来将漂浮物滤掉。当过滤装置两端的压差太高时，一个很大的回流泵就会马上将水流反转而清洗过滤装置。回流将漂浮物带入一个沉淀池。
为这个回流泵提供动力的是一个具有软启动装置的650马力的三相电动机。当某个相电压掉电，或者当电压畸变超过预设的水平时，一个“负序检测仪”就会将电动机关断，从而起到保护作用。
这个电动机的动力来自于从城里来的30英里长的公用电网。在回流泵端的功率因子校正电容用来改善在30英里长的电线末端的功率因子和降低电压损耗。长时间以来，这套设备运行正常。
一次山脉附近的小地震之后，在供电中断后受供电系统的影响，出现了问题。如果受地震影响，供电中断，那城镇怎么才能得到水力供应呢？答案是利用发电机。随后，城镇就在系统中增加了一台柴油发电机和转换开关（参见图１）。
对发电机供电的系统的测试显现出了一个问题。回流泵会在启动序列的中间突然关闭。由于负序检测仪向马达控制系统输出一个停止信号，它将停止。负序检测仪能检测到什么样的电气异常来保护马达呢？是失相吗？过度的电压失真吗？这种电气异常的特征和原因上什么？不幸的是，利用现有的测试设备，城镇的工程师无法给出这些问题的答案。经过一番研究，看什么设备能够让他观察到底发生了什么事情，他购买了Fluke 43B。
测量方法
工程师怀疑是电压失真，于是，他将Fluke 43B连接到了软启动设备的输入端的相－相端，并且选择了“Harmonics”（谐波）功能。在启动序列中，Fluke 43B显示出在停止信号之前５次谐波失真上升到了基波的80%。
推理和分析
理想的置换功率因子（DPF）为1.0，只有电压和电流“同相”时才可能出现这种情况。感应式马达负载导致电流相位滞后，这样就降低了DPF。这往往导致效能的损失，于是，许多用户安装一个电容来改善DPF。
然而，电感和电容的组合将形成一个谐振电路，这将在谐振频率处产生高的环路电流。标准的实施规则是使电容的值足够大，来确保DPF至少为0.9，但是又不能大得使电压相位滞后电流相位。最后的电路结构将在５次谐波和７次谐波之间产生一个谐振频率。
如果电路在接近谐振频率处有一个谐波源，将导致问题。对于回流泵的情况，谐波源为软启动的半导体开关操作。
那为什么电路在由电网供电时工作正常，而由发电机供电时工作不正常呢？不同点在于电源阻抗。公用电网的低阻抗使其能够吸收谐波电流，而不会引起剧烈的电压失真。发电机的阻抗要比公用电网的阻抗高很多。流入发电机的谐波电流导致的电压失真足以触发负序保护电路产生一个停止信号。
解决方案
城镇的工程师将电容移到了转换开关的公用电网一端，从而解决了这个问题。在这种结构下，当电路由发电机供电时，发电机不会察觉到电容的存在，并不存在谐振条件。