测量工具：Fluke 434 电能质量分析仪
特性：功率因数，谐波
这个故事发生在美国华盛顿普吉特湾（Puget Sound）海岸的一个地区污水处理厂。这家率获殊荣的工厂服务于6个城市，平均每天处理2110万加仑的污水，日容量高达2870万加仑。
大多数的污水处理厂都采用相同的基本工艺，但是这个工厂自1984年运行以来经过了不断改造，其中包括高强度紫外线（UV）灯，以及新的A级生物固体干燥设施。
在本例中，电气维护专家Mark Newport正在多个电机控制中心（MCC）安装新的电子式功率因数校正装置，以改善电能质量，保护设备并降低费用。但是，由于校正措施往往会在系统中引起新的电能质量问题，因此他使用了一台手持式Fluke 434三相电能质量分析仪来确保其努力是成功的。
详细的系统情况
处理厂依赖于数以百计的电机，一些电机功率高达500 马力。一套SCADA控制系统连接了MCC，以及阀门、传动装置、传感器和功率监控器。可以即时观察众多污水站的系统。
如果工厂由于某种原因停工，例如地区断电，污水就会不断地流经工厂，虽然会经过沉淀池，但是将会在未经完全处理的情况下泄入普吉特海湾。
为了防止这一情况的发生，工厂的电气系统设计了几级冗余。工厂有来自于两个变电站的两路系统供电。通常情况下，负载由两套系统分担，但是任一路馈线均可通过断路器系统来为整个工厂供电。如果两路馈线都发生了故障，那么自动转换开关处的一台1.25 MW发电机则能够在8秒钟内接管系统。在发电机启动和同步期间，小型的单相UPS电源为冗余控制系统的元件供电。
功率校正
主要靠安装功率校正系统来校正功率因数。相同的导线为调速电机驱动（ASD）和直接启动式电机起动器提供电力。ASD属于非线性负载，会引起谐波电流，尤其是5次谐波。功率因数电容器对较高的频率（相对于60 Hz的基频）呈现出较低低阻抗。因此，具有谐波电流的系统就会在校正电容器中引起过流。工厂的维护人员认识到了这一点，所以决定采用基于半导体的装置代替电容器。
他们连接到MCC的装置连续监测电路的功率因数。它产生的超前无功功率（VAR）抵消了来自于电机的感应式之后无功功率。它能够即时响应负载变化。另外，它还探测谐波电流，并产生一个反信号将其抵消。因此，对于所有的上游装置来说，就好像MCC是电阻性负载一样。
什么是功率因数（PF），它有何影响？
功率因数是被消耗的有功功率（瓦特，W）和负载的视在功率（伏案，VA）之比。纯电阻性负载的功率因数为1.0。
它的作用是什么？
能够做功的功率被称为是有功功率（kW）。电感性负载，例如电机、变压器和高强度照明灯，都会在系统中引起无功功率（kVAR）。系统容量的额定值为视在功率（kVA），它必须足够大来提供有功功率（KW）和无功功率（KVAR）。由于无功功率占用系统容量但是却不做功，因此公用事业部门就会对其征收更高的费用，而工厂则想方设法保持网络无功功率（kVAR）很低。无功功率越大，功率因数则越小。
功率因数的影响：
Ÿ 公用事业部门对低功率因数或大的无功功率（VAR）征收更高的费率，或者罚款。
Ÿ 系统容量的限值会引起电压骤降和过热。
Ÿ 利用电容器或有源补偿装置可校正电感性无功功率（VAR）。
低功率因数（PF）的代价是什么？
实例计算
假设当功率因数（PF0）低于0.97时，每低0.01，公用事业部分加收1% 标准费用。并假设您当前的PF月平均为0.86，标准费用为 $7000。那么(0.97 – 0.86) × 100 % = 11 %
则可避免的年费用为：
(11 % × $7000) × 12 months = $9,240
检查什么？
Ÿ 了解公用事业部分是否计划针对无功需量或功率因数提高费率。
Ÿ 了解公用事业部门如何测量功率因数或VAR。例如，他们是按峰值间隔还是取平均值进行计算？
Ÿ 确定引起之后无功功率的负载，并制定功率因数校正措施。
多大即为合适？
为避免支付昂贵的费用，功率因数应该狗鱼0.97。应该对个体负载安装电容器或调节装置，并在几个负载的会合点或用户引入线处安装装置，以改善功率因数。
注：具体情况会有所不同。一些公用事业部门按照0.85和0.97之间的百分点差异征收费用；有些则根据无功功率（VAR）的大小征收费用；而有些则根本就不征收这项费用。
使用校正装置前、后的变化
功率校正系统不负众望。从电能质量分析仪截取的6个屏幕完全能够说明这一点。
电流的变化充分说明了功率因数校正的意义。通过校正功率因数，MCC吸收的电流降低了27%。您可以观察到功率测量结果发生了什么情况。功率调整装置仅使用了相对较小的功率运行，但是它却抵消了无功功率，并大大降低了视在功率（kVA）。从以下的矢量图中，您可以了解到功率之间的关系。
在安装校正装置之前，上游的配电设备不得不承载大量不做功的无功电流和谐波电流。现在系统则仅需向MCC提供真正做功的电流。
功率校正装置同时还净化了谐波成分。大部分的非线性负载都来自于大型电机驱动。5次谐波对总畸变的影响最大。无论是5次谐波还是电流THD，都减小了50%以上。
为什么要校正谐波？
什么是THD？
总谐波畸变（THD）为所有谐波的作用和。在为电子负载，例如计算机、办公设备、电子照明灯和控制系统，供电的电力系统中，谐波畸变是一种正常的结果。
有何影响？
谐波畸变会导致：
Ÿ 中性线中产生大电流。
Ÿ 电机和变压器发热，寿命缩短。
Ÿ 增大了对电压跌落的敏感程度，潜在地引起假复位。
Ÿ 降低变压器效率，或者说需要更大容量的设备来承载谐波。
Ÿ 声频噪声
一次事故引起的损失有多大？
主要费用与电机和变压器的寿命缩短相关。如果设备是生产系统的一部分，还会影响到收入。
实例计算
假设每年更换一台100 kVA变压器的费用为$7000（包括人工）。
假设每年造成的停工时间为8小时，每小时的收入损失为$6000。
那么每年的总费用则为：$7000 + (8 × $6000) = $55,000
检查什么？
电机，以及服务于电子负载的变压器和中性线。
多少即为合适？
应该检查每相上的电压畸变（THD）是否超过了5%。在一些情况下，服务于电子负载的系统中所有部分的电流畸变（THD）都是正常的。在变压器处监测电流水平及温度。中心线电流不得超过中性线的容量。
