论电力谐波对电能计量的影响

2015-05-30林琳

企业技术开发·中旬刊 2015年12期

林琳

摘要：在现实情况下电力谐波普遍存在以电力系统中，文章结合这一现状，分析介绍了产生电力谐波的原因及其危害性，其次分析了谐波对电能计量的影响，尤其是对感应式电能表和电子式电能表的影响，提出了抑制电力谐波的具体措施，希望能够提高抑制电能谐波的水平，促进新的电能计量方式的应用。

关键词：电力谐波;电能计量;影响

中图分类号：TM711 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）35-0085-02

1 概述

随着我国国家电力系统对电力电子技术的广泛使用，导致我国电力系统中的非线性负荷用户数量大幅增加，其向电网中注入的电力谐波也越来越多，这既导致了电力系统中的电压和电流波形的剧烈畸变，影响电能质量，同时也在一定程度上影响了输电设备、测量仪器、通信设备、计量仪表等的正常工作，影响了电能计量的精确性和严密性。因此，要提高用户以及供电公司的经济效益，降低电力谐波对电能计量的影响就显得尤为重要。本文就降低电力谐波对电能计量的影响进行了探讨。

2 电力谐波产生的原因极其危害性

2.1 产生的原因

电力系统中产生谐波的原因有很多，根据对现场的总结经验来看，其产生的主要原因是以下几个方面。

2.1.1 发电源质量不高产生的谐波

发电机本身质量不高，原因如：发电机采用的是三相绕组的制作方式，但在制作过程中并不能保证其绝对的对称性;发电机的铁芯要保证绝对的均匀一致也比较难等，因此在发电的过程中难免会产生一些谐波。

2.1.2 输配电系统产生的谐波

输配电系统中产生的谐波主要是源自电力变压器。变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性，加上设计时考虑其经济性等原因，其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波。而且铁心的饱和程度对谐波电流的影响程度相当高，即铁心的饱和程度越高，变压器工作点就会比线性偏离越远，因而谐波的电流也就越大。

2.1.3 用电设备产生的谐波

用电设备产生的谐波，主要是来自晶闸管整流设备。由于晶闸管整流在许多方面都有着广泛的运用，尤其是在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源等方面，这就是电网中大量谐波产生的主要来源。

2.2 危害性

2.2.1 会导致波形畸变

当我国电网被大量的非线性用户注入谐波功率时，就会导致电力系统中基波被谐波影响，甚至与其相迭加，从而导致波形发生畸变。

2.2.2 会对旋转电动机产生影响

由于谐波的频率高于基波，这就使得电动机受外因干扰，增加对能量的消耗。如在磁滞、涡流和集肤效应的影响下。不仅如此，受谐波电流的影响，还会导致电动机发生损耗增多、铁损加重等情况。

2.2.3 会影响电力变压器

通常情况下，由于变压器所产生谐波的电流通常会比较小，也不会导致变压器出现发热和铁损现象。但是，在起初接通电源的一瞬间，变压器中的谐波电流却是相当的大，甚至大到是额定电流的数多倍，虽然时间不长，但会对变压器的使用寿命产生影响。而且谐波的谐振会导致电流放大，影响变压器寿命。

2.2.4 会影响电力电容器

电容器是一种较为常用的电子元器件。但由于其特殊性质，导致其相比其他电子产品而言，受到谐波的破坏可能性更大、程度更高。因此，谐波是影响电容器安全运行的较为关键的因素。

3 谐波对电能计量的影响

3.1 谐波对感应式电能表的影响

机械式电表的组成部分包括驱动元件、转动元件、制动元件、轴承、计度器和辅助部件，其显示电量的原理是通过交变电压和电流在穿过电表转盘的过程中产生驱动力，从而使之转动并带动计数器字轮的转动，而且在不同电流、影响因素不同的情况下，即使通过多种方式进行调整，但都不能很好的控制其精确度。

感应式电能表的设计基础是交流电基波，电能表在计量时的工作原理是通过磁感应的驱动元件产生力矩，从而带动计度器计量电能。当电力系统因为各种原因导致谐波产生时，电能表上的电流、电压并不是正常情况下的电流、电压，而是受谐波的影响，谐波与基波相加后的畸变的电流、电压。

因此，由于驱动元件所产生的磁感应也随着电流、电压的畸变而发生变化，驱动元件上产生力矩也相应改变，从而对电能表的误差也造成了较大影响，所以感应式电能表（机械表）的误差受谐波的影响较大。

3.2 谐波对电子式电能表产生的影响

随着国家对智能电网的建设加快，主要的现代电子式电能表是智能电能表或多功能电能表，组成其完整结构的是计量芯片、微处理芯片、通讯模块等部件。它的功能非常强大，不仅能够精准计量，还可以进行本地和远程通信（及时、完整、准确获取用户用电信息）、远程停送电、异常报警、信息传输与交互等。电子式电能表计算电能是以基波和谐波相加的结果为基础的，对于线性用户而言，其不仅多计了电能，而且还带有有害的谐波;而对于非线性用户而言，由于谐波中的有一部分进入了电网，所以其电能小于实际电能，但是对电网造成了污染。

虽然电子式电能表没有产生像感应式电能表因谐波而造成机械的转动加快、元件的磨损程度增加以及倾斜度等问题，但是也存在很多缺陷。目前，为了能够准确测量谐波的影响，提高电能信号水平，可以对电能取样的区间频率进行分析，从而对谐波进行多次计量。

3.3 谐波对电能计量合理性的影响

由于谐波的影响，目前我国采用的全能量的计量方式在准确性和合理性之间不能达到统一。例如：在非线性系统中，作为谐波“制造者”的非线性用户，由于谐波有一部分进入了电网，其支付的电能小于实际计量的电能，然而由于电能的收支平衡，由谐波“制造者”造成的这部分损失却要由谐波的“受害者”线性用户支付。很明显，这是不合理的，而且也对电力系统的经济效益带来了损失，不利于电网安全而正常的运行。

3.4 谐波对电能计量准确性的影响

谐波影响电能计量的准确性，电能表计量基波和谐波的总电能是否会因谐波的存在而不同，从而对计量精度产生影响。然而实验结果表明，正常情况下测量电能时，要通过互感器将电压、电流转换成弱电信号，然后进入电能表，受谐波的影响，电压、电流发生畸变，进入互感器的信号与正常情况下存在差异，因此，测量结果的准确度也会随着互感器的准确度而变化。

4 降低谐波对电能计量影响的措施

4.1 加大谐波监测和治理力度

①加大对现有电网以及主要的谐波源的检测力度，并以其为重点，对与谐波源有联系的变电站采取必要的质量检测装置进行即时监测;

②完善监测系统，对监测机制所获信息进行及时了解，并作出科学有效的决策，从而能够及时处理电网的污染;

③科学规划，严格控制谐波源接入的要求;

④对于谐波含量超标的用户，不管其以何种形式接入，都应该严厉禁止;

⑤对于非线性用户，必须监督其做好谐波的后续处理措施，否则不予通过。

4.2 科学确立电能计量方案

针对不同的谐波对象，应采用不同的电能计量方案。

①对于谐波源用户，其计量点的设计应该与谐波源保持距离，甚至远离谐波源;

②对于产生谐波较重的电厂或用户，其计量点的设计应该尽可能的以谐波较小的为端口，从而达到降低谐波对计量装置的影响的目标;

③最后，作为关口计量表，应该选用多功能电能表，具备高稳定性、高可靠性、高精准度的特点。