谐波测试仪在用电检查过程中的应用

颜景景

引言：供电企业对电量计量装置的管理是保证计量装置安全运行准确计量的首要任务，影响用电计量装置计量不准确的原因之一就是谐波，许多电力事故都是由于谐波的存在造成的，所以要想避免谐波的危害，就得先发现谐波，这就是我们要说的谐波测试仪。

关键词：谐波；计量不准确；谐波源；谐波测试仪。

一、引言

电能计量装置是电力系统发，供，用电三个方面进行销售，买卖的重要工具，为计收电量提供依据，所以它与我们的日常生活是密不可分的，它的准确与否直接关系到供用电双方的经济利益，

现今我国的工农业、科技经济都在飞速的发展，电力作为主要的能源之一，做出了很大的贡献。在许多企业中电费成了支出的主要成本，尤其是电费涨价后。因为电器的增多，家庭用电量也越来越大，支出的费用也越来越多。所以随着我国经济的发展用电量日益增多，电能计量装置的准确性正确性越来越受到人们重视。导致用电计量装置计量不准确的原因是多方面的，近年来，人们对供电系统谐波对用电计量装置产生的影响也越来越关注了。下面我们就谈谈谐波的来源与谐波产生的危害和谐波的检测方法。

二、谐波源以及谐波产生的原因

谐波源就是造成系统正弦波形畸变，产生高次谐波的非线性设备和负荷。谐波是存在于电力系统中的一个周期性电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整倍数。变频器、整流器、逆变器等电力变流设备，电力变压器、铁芯电抗器等含有磁饱和特征的设备，还有PC机、打印机、充电器等家用电器都是谐波源。

我们从发电方面、输配电方面以及用电这三个方面分析一下谐波的产生原因。

首先分析一下在发电方面谐波产生的原因。发电时用到的设备中包括发电机，在制造发电机的时候，发电机的三个绕组无法做到完全对称，而且铁心要达到一模一样也不容易，在出厂投入使用后，因为发电电源的质量就不是那么高，就会产生谐波了。在输配电方面，变压器是输配电系统中的主要谐波源，经相关数据证明，变压器的铁心饱和度越是高，其产生的谐波电流相就会越大。另外一方面产生谐波的原因来自客户用电的时候，这时谐波主要是由用电设备产生的。比如充电设备、电源开关等等，其中要数晶闸管整流设备产生的谐波最多。单相整流电路装置连接感性负载时含有奇次谐波电流，其中3次谐波的含量高达基波的30%，在接容性负荷的时候会产生奇次谐波电压，电容值增加后谐波也就随着增加。据统计，整流装置产生的谐波占所有谐波的40%，所以这个谐波源可以说是最大的。

三、谐波对用电计量装置的危害

科学的不断发展，电网的不断完善，现在所使用的用电计量表计也在一代一代更新，下面我们谈谈全电子式电能表和电磁感应式电能表受到谐波的影响。

首先全电子式电能表在进行用电计量时，它的计量用电能方式从理论上来说，能够有效的记录负载基波和谐波的总平均功率耗用值和电量。但是当谐波是从负载流向电网时，由于全电子式电能表是将基波有功电能和谐波有功电能进行代数和，这时记录下来的电能量比负载所消耗的基波电能还要小，造成了不能准确的计量用电。所以谐波的存在也会对全电子式电能表的计量方式产生影响。

对于传统的电磁感应式电能表来说，当除了基波外还有高次谐波分量电压和电流时，电能表的电压线圈的阻抗和旋转圆盘阻抗就会发生变化，从而使工作电压与电流磁通发生变化，随之变化的还有电磁转盘的驱动力，这样一来，电能表计量用电就会不准确。同时，由于谐波和基波是以相互叠加的形式出现的，致使正常的波形发生了变化，而电压和电流线圈的铁心是非线性的，磁通不能随着波形的变化相应的呈线性变化。当变形后的电压与电流经过电能表内部元器件后，磁通与波形不会发生相应的变化，这样一来电磁转矩与平均功率就不能成正比例。所以当谐波存在的时候电磁感应式电能表不能将不同频率的正弦电压和电流产生的电磁转矩叠加，也就不能对谐波有功电能进行计量，最终的用电计量结果就不准确了。

根据上边详细的分析，我们可以知道大量的谐波会对用电计量装置产生很大的影响，导致计量装置不能准确计量用电量。而且不管是全电子式电能表还是电磁感应式电能表，谐波都会对其产生一定的影响。用电计量装置不能准确的进行计量用电量，直接影响了供电方与用电方的经济利益。

四、谐波的检测

（一）谐波检测的发展

我们要想治理谐波，首先要发现谐波。早在19世纪初人们就研究出了检测谐波的方法，主要是把傅立叶变换为基础，对谐波进行检测，一直到20世纪40年代都是用此方法。在20世纪50-80年代,主要采用选频测量技术来检测谐波。到了20世纪80年代以来,科学技术不断地发展,人们开始研究出了快速傅立叶变换的频谱分析仪及谐波分析仪,这些检测仪在用电检查过程中使用后，得到了很好的反响，所得到的结果相比以前准确度提高了一个大的层次。就我国来说，在上世纪八十年代的时候使用该算法和锁相技术对谐波进行测量，现在随着科技不断的进步已经发展成为数字式、电子式、智能化的谐波测试方法。

（二）谐波检测仪的原理及方法

1.采用模拟带阻或带通滤波器进行测量

这种谐波测量方法有电路造价低、结构简单、容易控制且输出阻抗低的优势所在，但是这种测量方法受环境影响特别大,且检测的精度不高,检测结果含有较多基波分量,造成的运行损耗相对较大。当然这是最早的一种检测方法。

2.神经网络基础上的谐波检测

这是一种可以对计算能力进行提高、对任意连续函数进行逼近的基础上,通过理论的学习及分析动态网络时获得的研究成果,即神经网络。现阶段,该网络在电力系统谐波检测中的应用尚处于初级阶段,其主要应用于电力系统谐波预测、谐波源辨识及谐波测量等方面。在谐波测量中采用神经网络,主要需要考虑的是网络的组成、算法的选择及样本的确定等问题。

3.小波分析方法测量谐波

这方面的研究在现阶段已经取得重大的进展,主要是对傅立叶变换在时域完全无局部性缺陷和频域完全局部化缺陷的解决,也就是在时域和频域都具有局部性。采用该方法可以使电力系统中高次谐波变化投影到不同尺度上,从而反映出奇异、高频高次谐波信号的特性,从而为谐波分析提供依据。

4.FFT变化法

采用该方法对电力系统谐波进行检测,是基于数字信号处理基础上的测量方法,主要操作步骤是首先对被测信号的电压或者电流进行采样,经过转化后,再利用计算机进行傅立叶变化,从而得到各次谐波的相位系数及幅值。该方法是目前电力系统使用最为广泛的谐波检测方法,其精度高、功能多、操作简便的特点,实现了谐波检测的准确性。

总之，在用电检查过程中使用谐波检测仪用来测量谐波是治理谐波非常重要的一步，在用电检查过程中发现问题后要及时处理，从多方面入手治理谐波，保证电网安全稳定的运行。

参考文献

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[3]张卓，骆盛军，对谐波影响下的电能计量方式的探讨[J].广东电力，2002，15（4）：23～24.