數據中心電能質量的記錄與分析
2016-02-06
連接一個電能質量記錄儀并采集幾天時間的數據，您就可以掌握電能質量的詳細情況。在本文中，我們將討論與電能記錄器和記錄儀有關的各種記錄技術 - 對您所使用的工具和技術進行全面了解，將是您工作成敗的關鍵。您應該尋找什么?何時記錄才有意義?
記錄技術
要想真實地了解您身邊的電能狀況，您需要對每個電源周期進行檢查，以發現甚至是非常微小的變化。但是，由于電源在一天之內要經歷 400 多萬個周期，因此要想觀察到很微小的變化是不切實際的，也沒有必要。我們很少發現負載會經歷一個或兩個周期的偶爾電壓突降。
進行記錄的時間長短在某種程度上取決于您所在建筑的用電情況。如果您在一個典型的商業或輕工業樓宇建筑中工作，則一周的記錄時間就足夠了，因為在這樣的時間內，樓宇建筑可經歷正常的用電循環。如果您在只是定期運轉特殊設備的工廠中工作(比如，每個月只運轉一次燃燒爐)，您就需要十分注意這些用電負載的時間。
目前已開發出不同的記錄技術，它們可用于在相對較長時間內來記錄較小的變化。許多儀器將幾種技術組合在一起，以增加其測量范圍。我們將對常見技術以及它們的優缺點進行介紹。
通過了解不同技術，您可以更好地針對身邊的工作選擇適宜的工具。
趨勢跟蹤技術
您可以在幾小時或幾天時間內，對電能質量參數的趨勢進行跟蹤。電能記錄儀可以測量電壓、電流或功率等參數，并將隨著時間將它們記錄下來。趨勢記錄對于跟蹤正常電源狀況、微小變化和異常狀況十分有用，但捕獲快速事件的能力有限。儀器廠商提供了一些創建性方法，它們可以在幾個星期甚至幾個月時間內進行記錄，同時顯示快速發生的事件。
固定事件間隔記錄
這是最簡單的數字記錄形式。設置時，您需要選擇兩次讀數之間的時間間隔，通常以秒或分鐘為單位。儀器對每個時間間隔內的 rms 值計算出一個平均值，并將它保存在存儲器中。這種技術對于跟蹤時間長于記錄間隔的變化十分有用。不幸的是，雖然非常短的測量時間間隔將會捕獲到快速事件，但也將迅速占用存儲空間。因此，即使固定事件間隔記錄很容易設置，它也無法用于在幾小時或幾天之內捕獲快速事件。
最小值/最大值/平均值記錄
這種技術與固定時間間隔記錄類似，因為它使用一個預設時間間隔。但儀器不是在每個時間間隔僅獲取一個讀數，而是在每個時間間隔獲取多個高速測量值。儀器內的處理器對測量值進行處理，并針對每個時間間隔記錄三個數值：最小值、最大值和平均值。最小值和最大值指示出最差
情況下的短時事件，在某些儀器中，事件的時間可短至 1 個電源周期。平均值跟蹤的是總趨勢。這些儀器通常在相同的圖中繪制出最小值、平均值和最大值。
自動時間壓縮技術 TrendPlot
TrendPlot 是一種某些福祿克儀器中所具有的記錄技術。它可以記錄最小值/最大值/平均值，其中，時間刻度可在趨勢曲線接近存儲結束時進行自動壓縮。當記錄儀剛剛用盡存儲空間時，信號處理器迅速投入運行。它們將相鄰時間間隔的數值組合為新的最小值、最大值和平均值。您仍將看到最差情況測量值和總體趨勢。由于您可以選擇停止測量的時間，因此您就可在可用的存儲空間下而獲得最佳時間分辨率。
事件記錄
電壓突降、驟升、中斷和瞬變都屬于電壓事件。電能質量事件由發生的時間和日期、嚴重性以及持續時間來表征。用戶定義閾值或觸發值決定了什么情況可以稱為一個事件。事件記錄對于確保您的電壓保持在誤差范圍內(比如 ±10%)來說非常有用。數據通常以列表的形式表示，因此便于看到電源系統中的所有異常情況。一個事件是否會引起問題取決于它的嚴重性和持續時間。例如，持續 5 秒的一個 20% 電壓突降與持續 1 個電源周期的 20% 電壓突降相比，更可能會引起問題。因此，有時要將事件數據與提供了嚴重性和持續時間限值的標準容差曲線(如 CBEMA 曲線)進行比較。指定多個限值可能會使事件記錄難于設置。如果您設置的容差過于緊密，您就會捕獲到大量事件;如果您設置的容差過于寬松，則可能看不到任何事件。
瞬變波形捕獲
這種技術可記錄電壓或電流的實際正弦波形，可使您看到短于一個電源周期的任何事件。捕獲操作由一個觸發啟動，并使用一個高速數字轉換器。各種觸發都可以啟動捕獲，但多數儀器使用了一種“包絡觸發器”。
包絡觸發器可找到與一個純正弦波的偏差。它基于一個用戶定義的容差范圍，在正弦電壓波形周圍構建一個包絡。如果波形落在包絡的外面，則儀器就會捕獲和存儲數據。一些儀器(如 Fluke 430 系列)還可基于有效值事件或電流上升等其他標準來獲取波形。
全面揭示記錄
通過這種技術，可同時進行將最小值/最大值/平均值記錄以及瞬變和事件捕獲。這樣，您不必決定是尋找電壓突降還是瞬變 - 您可同時捕獲這兩種事件。
這些儀器可自動確定事件閾值，并隨時對閾值進行調節。這樣就消除了設置事件閾值時的困難。在幾天、幾個星期或幾個月時間內進行全面調查時，全面揭示記錄技術非常有用。
記錄應用
在一般情況下，需要對電能質量進行記錄。本節介紹了最常見的應用。
通過長期分析進行故障排查
對間歇性故障進行排查非常具有挑戰性。當一臺設備出現故障或莫名其妙地發生復位時，人們常常只是將設備更換或將斷路器復位，以期獲得最佳結果。對于停產會帶來很高成本的設備，重復發生故障的風險極大，無法依賴于快速修復來解決問題。在設備重新運轉之后對電源進行監視，可減少重復故障的發生，并在再次發生故障時，排除電源問題。
您要做的第一個決定就是在哪里連接監視儀或分析儀。一般來說，您應該首先將記錄儀布置在“受影響的負載”(出現問題的設備)附近的位置。這樣，監視儀就可以觀察到負載所經歷的情況。如果您具備多個工具，就可以使用它們在電力系統的不同點上進行記錄。
記錄之前，先進行一些定點測量，以便回答一些基本問題。電壓大小正確嗎?電壓波形是清潔正弦波，還是帶有噪聲或存在失真?如果受影響的設備是一個三相負載，那么各相之間平衡嗎?正在由負載吸收的電流是否過高?
下一個問題是：我應該記錄什么?除非您很幸運地擁有一臺功能全面的電能分析儀，否則您或許不得不決定是先跟蹤趨勢還是先捕獲瞬變。
趨勢跟蹤可發現更多問題，因此首先要嘗試進行趨勢跟蹤(使用固定時間間隔記錄或最小值/最大值/平均值記錄)。最基本的方法是在所有相關的相上記錄有效值電壓。通過這種記錄，可以確定電源是否存在電壓突降或中斷，這兩種情況可能會引起負載運行中斷或發生復位。對電壓進行記錄還會發現可引起過熱的電壓驟升或三相不平衡。
電流趨勢記錄也可幫助進行故障排查。負載吸入過大電流會引起過熱。如果電壓穩定、清潔而平衡，則高電流表明負載本身存在問題。通過對電壓和電流讀數進行比較，您可以判斷出電壓下降是由受影響負載吸入的過高電流所引起，還是由上游的其他負載所引起。
電壓失真也可能會引起過熱，如有必要，應該對它進行記錄。跟蹤電壓失真的最基本方法是記錄總諧波失真 (THD)。一些分析儀還可以跟蹤各次諧波，從而幫助確定 THD 比較高的原因。
如果受影響的負載存在電弧放電或輸入電路燒斷的情況，則原因可能是瞬變，但也不能過快地下此結論。在進行了一些基本趨勢記錄之后，或者有跡象強烈表明發生了瞬變損壞，就需要進行瞬變捕獲，并查看波形。
福祿克的工具
福祿克公司提供了眾多電能記錄工具，可用于幾乎任何應用。某些情況下，最好的方法是將幾個工具組合使用。例如，您可以使用 Fluke 434 進行快速故障排查和短期監視，要進行長期監視，您可以選擇一個電能記錄儀。
服務質量
在某些情況下，電力公司同意提供符合預定技術規格的電力。技術規格可以在合同中列明，或者采取遵守某項標準(如 EN50160)的形式。在這些協議中，可以規定記錄技術的細節、容差范圍和記錄持續時間。例如，標準 EN50160 中規定了適用于 1 星期記錄的容差，而參考標準 IEC 61000-4-30 規定了測量和記錄技術。如果您認為電力公司所提供的電能不符合達成協議的技術規格，就要對此進行測試。
負載研究、電能質量研究和調試
這些類型記錄一般用于安裝或運行設備之前，對電能質量進行評估。
負載研究用于在添加更多負載之前，確定系統中的現有負載。當地有關機構和當地標準可能要求進行這種研究，或者，標準中規定了所需的測量、時間間隔或持續時間。
福祿克電能質量測試儀：http://www.home-e.net.cn/product/thermography/19334.html
電能質量測試儀產品鏈接：http://www.home-e.net.cn/product/PowerQualityAnalyzer/
記錄技術
要想真實地了解您身邊的電能狀況，您需要對每個電源周期進行檢查，以發現甚至是非常微小的變化。但是，由于電源在一天之內要經歷 400 多萬個周期，因此要想觀察到很微小的變化是不切實際的，也沒有必要。我們很少發現負載會經歷一個或兩個周期的偶爾電壓突降。
進行記錄的時間長短在某種程度上取決于您所在建筑的用電情況。如果您在一個典型的商業或輕工業樓宇建筑中工作，則一周的記錄時間就足夠了，因為在這樣的時間內，樓宇建筑可經歷正常的用電循環。如果您在只是定期運轉特殊設備的工廠中工作(比如，每個月只運轉一次燃燒爐)，您就需要十分注意這些用電負載的時間。
目前已開發出不同的記錄技術，它們可用于在相對較長時間內來記錄較小的變化。許多儀器將幾種技術組合在一起，以增加其測量范圍。我們將對常見技術以及它們的優缺點進行介紹。
通過了解不同技術，您可以更好地針對身邊的工作選擇適宜的工具。
趨勢跟蹤技術
您可以在幾小時或幾天時間內，對電能質量參數的趨勢進行跟蹤。電能記錄儀可以測量電壓、電流或功率等參數，并將隨著時間將它們記錄下來。趨勢記錄對于跟蹤正常電源狀況、微小變化和異常狀況十分有用，但捕獲快速事件的能力有限。儀器廠商提供了一些創建性方法，它們可以在幾個星期甚至幾個月時間內進行記錄，同時顯示快速發生的事件。
固定事件間隔記錄
這是最簡單的數字記錄形式。設置時，您需要選擇兩次讀數之間的時間間隔，通常以秒或分鐘為單位。儀器對每個時間間隔內的 rms 值計算出一個平均值，并將它保存在存儲器中。這種技術對于跟蹤時間長于記錄間隔的變化十分有用。不幸的是，雖然非常短的測量時間間隔將會捕獲到快速事件，但也將迅速占用存儲空間。因此，即使固定事件間隔記錄很容易設置，它也無法用于在幾小時或幾天之內捕獲快速事件。
最小值/最大值/平均值記錄
這種技術與固定時間間隔記錄類似，因為它使用一個預設時間間隔。但儀器不是在每個時間間隔僅獲取一個讀數，而是在每個時間間隔獲取多個高速測量值。儀器內的處理器對測量值進行處理，并針對每個時間間隔記錄三個數值：最小值、最大值和平均值。最小值和最大值指示出最差
情況下的短時事件，在某些儀器中，事件的時間可短至 1 個電源周期。平均值跟蹤的是總趨勢。這些儀器通常在相同的圖中繪制出最小值、平均值和最大值。
自動時間壓縮技術 TrendPlot
TrendPlot 是一種某些福祿克儀器中所具有的記錄技術。它可以記錄最小值/最大值/平均值，其中，時間刻度可在趨勢曲線接近存儲結束時進行自動壓縮。當記錄儀剛剛用盡存儲空間時，信號處理器迅速投入運行。它們將相鄰時間間隔的數值組合為新的最小值、最大值和平均值。您仍將看到最差情況測量值和總體趨勢。由于您可以選擇停止測量的時間，因此您就可在可用的存儲空間下而獲得最佳時間分辨率。
事件記錄
電壓突降、驟升、中斷和瞬變都屬于電壓事件。電能質量事件由發生的時間和日期、嚴重性以及持續時間來表征。用戶定義閾值或觸發值決定了什么情況可以稱為一個事件。事件記錄對于確保您的電壓保持在誤差范圍內(比如 ±10%)來說非常有用。數據通常以列表的形式表示，因此便于看到電源系統中的所有異常情況。一個事件是否會引起問題取決于它的嚴重性和持續時間。例如，持續 5 秒的一個 20% 電壓突降與持續 1 個電源周期的 20% 電壓突降相比，更可能會引起問題。因此，有時要將事件數據與提供了嚴重性和持續時間限值的標準容差曲線(如 CBEMA 曲線)進行比較。指定多個限值可能會使事件記錄難于設置。如果您設置的容差過于緊密，您就會捕獲到大量事件;如果您設置的容差過于寬松，則可能看不到任何事件。
瞬變波形捕獲
這種技術可記錄電壓或電流的實際正弦波形，可使您看到短于一個電源周期的任何事件。捕獲操作由一個觸發啟動，并使用一個高速數字轉換器。各種觸發都可以啟動捕獲，但多數儀器使用了一種“包絡觸發器”。
包絡觸發器可找到與一個純正弦波的偏差。它基于一個用戶定義的容差范圍，在正弦電壓波形周圍構建一個包絡。如果波形落在包絡的外面，則儀器就會捕獲和存儲數據。一些儀器(如 Fluke 430 系列)還可基于有效值事件或電流上升等其他標準來獲取波形。
全面揭示記錄
通過這種技術，可同時進行將最小值/最大值/平均值記錄以及瞬變和事件捕獲。這樣，您不必決定是尋找電壓突降還是瞬變 - 您可同時捕獲這兩種事件。
這些儀器可自動確定事件閾值，并隨時對閾值進行調節。這樣就消除了設置事件閾值時的困難。在幾天、幾個星期或幾個月時間內進行全面調查時，全面揭示記錄技術非常有用。
記錄應用
在一般情況下，需要對電能質量進行記錄。本節介紹了最常見的應用。
通過長期分析進行故障排查
對間歇性故障進行排查非常具有挑戰性。當一臺設備出現故障或莫名其妙地發生復位時，人們常常只是將設備更換或將斷路器復位，以期獲得最佳結果。對于停產會帶來很高成本的設備，重復發生故障的風險極大，無法依賴于快速修復來解決問題。在設備重新運轉之后對電源進行監視，可減少重復故障的發生，并在再次發生故障時，排除電源問題。
您要做的第一個決定就是在哪里連接監視儀或分析儀。一般來說，您應該首先將記錄儀布置在“受影響的負載”(出現問題的設備)附近的位置。這樣，監視儀就可以觀察到負載所經歷的情況。如果您具備多個工具，就可以使用它們在電力系統的不同點上進行記錄。
記錄之前，先進行一些定點測量，以便回答一些基本問題。電壓大小正確嗎?電壓波形是清潔正弦波，還是帶有噪聲或存在失真?如果受影響的設備是一個三相負載，那么各相之間平衡嗎?正在由負載吸收的電流是否過高?
下一個問題是：我應該記錄什么?除非您很幸運地擁有一臺功能全面的電能分析儀，否則您或許不得不決定是先跟蹤趨勢還是先捕獲瞬變。
趨勢跟蹤可發現更多問題，因此首先要嘗試進行趨勢跟蹤(使用固定時間間隔記錄或最小值/最大值/平均值記錄)。最基本的方法是在所有相關的相上記錄有效值電壓。通過這種記錄，可以確定電源是否存在電壓突降或中斷，這兩種情況可能會引起負載運行中斷或發生復位。對電壓進行記錄還會發現可引起過熱的電壓驟升或三相不平衡。
電流趨勢記錄也可幫助進行故障排查。負載吸入過大電流會引起過熱。如果電壓穩定、清潔而平衡，則高電流表明負載本身存在問題。通過對電壓和電流讀數進行比較，您可以判斷出電壓下降是由受影響負載吸入的過高電流所引起，還是由上游的其他負載所引起。
電壓失真也可能會引起過熱，如有必要，應該對它進行記錄。跟蹤電壓失真的最基本方法是記錄總諧波失真 (THD)。一些分析儀還可以跟蹤各次諧波，從而幫助確定 THD 比較高的原因。
如果受影響的負載存在電弧放電或輸入電路燒斷的情況，則原因可能是瞬變，但也不能過快地下此結論。在進行了一些基本趨勢記錄之后，或者有跡象強烈表明發生了瞬變損壞，就需要進行瞬變捕獲，并查看波形。
福祿克的工具
福祿克公司提供了眾多電能記錄工具，可用于幾乎任何應用。某些情況下，最好的方法是將幾個工具組合使用。例如，您可以使用 Fluke 434 進行快速故障排查和短期監視，要進行長期監視，您可以選擇一個電能記錄儀。
服務質量
在某些情況下，電力公司同意提供符合預定技術規格的電力。技術規格可以在合同中列明，或者采取遵守某項標準(如 EN50160)的形式。在這些協議中，可以規定記錄技術的細節、容差范圍和記錄持續時間。例如，標準 EN50160 中規定了適用于 1 星期記錄的容差，而參考標準 IEC 61000-4-30 規定了測量和記錄技術。如果您認為電力公司所提供的電能不符合達成協議的技術規格，就要對此進行測試。
負載研究、電能質量研究和調試
這些類型記錄一般用于安裝或運行設備之前，對電能質量進行評估。
負載研究用于在添加更多負載之前，確定系統中的現有負載。當地有關機構和當地標準可能要求進行這種研究，或者，標準中規定了所需的測量、時間間隔或持續時間。
福祿克電能質量測試儀：http://www.home-e.net.cn/product/thermography/19334.html
電能質量測試儀產品鏈接：http://www.home-e.net.cn/product/PowerQualityAnalyzer/
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