探析电力系统谐波对电力计量的影响

罗锦平

摘 要：为了保证电力计量的精确性，必须减少电力谐波对电力计量产生的不良影响。简单介绍了电力谐波及其来源，分析了电力谐波对电力计量工作的影响，并提出了相关建议。

关键词：电力系统谐波；电力计量；电子式电能表；交流电网

中图分类号：TM711 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.12.089

目前，社会各方面的用电量骤增，电力计量工作显得更为重要，直接关系着电力企业的经济利益。虽然电力计量的方法在不断改进，但其精确度依然会受到其他方面的影响，尤其是电力系统谐波。为了满足越来越高的用电要求，许多非线性负荷的电子设备和大功率感性负载应用越来越多，同时，也产生了大量谐波，对电力计量工作产生了较大的影响。如果不能正确处理电力谐波，则极易造成电量损失和经济损失，因此，必须清楚地认识电力谐波的危害。

1 电力系统谐波及其来源分析

1.1 电力谐波

在交流电网中，任何与工频频率不同的成分都可称为谐波，可将其分为有功功率和无功功率两种，前者直接对电力系统运行起作用；后者主要为滤波条件和方法的研究工作提供必要依据。电压波形和电流所含谐波程度不同，因此，从严格意义上讲，它们并不是正弦形式。谐波的存在方式主要有谐波电流、谐波电压和谐波功率。在电力系统的运行中，如果有大量谐波产生，则会降低电能生产、传输和使用的效率，进而造成电量浪费，且极易引起电气设备升温、产生大量噪声，最终加速绝缘老化，出现各种故障。一旦引起局部串/并联谐振，则很有可能烧毁电气设备，进而阻碍了整个系统的运行。此外，还会导致继电保护装置误动作，影响到电力计量的精准性。近年来，电力系统中许多新电子设备得到了广泛应用，谐波也随之增多，对周围的通信系统和环境危害极大，引起了人们的高度关注。

1.2 电力谐波来源

电力谐波的来源主要以下3个：①输配电系统。变压器是产生谐波的主要来源，与其内部结构设计有关，谐波电流随着铁心饱和程度的升高而增加。②发电源质量较差。比如发电机的三相绕组很难绝对对称，加之铁心设计不均匀，会产生少量谐波。③用电设备。比如变频装置、电弧炉、家用电器、气体放电类电光源和晶闸管整流设备等。对于电力系统而言，谐波主要来自发电设备和用电设备。国内许多工业企业都有着严重的谐波污染，特别是变频电源和直流用电器的使用，使5次谐波和7次谐波含量骤增。其中，损失在小用户中体现地不明显，但对于大功率用户而言，谐波的增加会加速变压器、电动机等的衰老，还会缴纳更多的电费。

2 电力系统谐波对电力计量的影响

2.1 电力系统谐波对电感电表的影响

电感式电能表利用磁感应产生一定的力矩，推动内部元件运行，从而计算测量所耗电能。运行时，电压线圈产生的电流磁通来自以下2部分：穿过铝盘在回磁板作用下形成工作磁通；通过左、右铁轭形成磁通。电表工作时，电压线圈与电流线圈之间产生的为交变磁通，经哪些位置穿过铝盘，便会在该处形成感应电流。电流与磁场发生作用产生动力，可以推动铝盘运转。此类电能表多以基波为基础，而基波与谐波融合后产生的电流和电压均处于畸形状态，因此，谐波会影响电能表计量的准确性。

2.2 电力系统谐波对电子式电能表的影响

电子式电能表有着广泛应用，与电感电表相比，电子式电表的计量误差较小。电子式电能表多采用A/D方式，运行大致要经过乘法器运动、处理器分析和显示输出几个步骤，电表设备运行在国家规定范围内，依据50 Hz标准进行。如果以基波计量为标准，则电子式电能表的误差要超出感应式电表很多。

3 正确处理电力谐波

针对电力谐波所产生的危害，以及可能造成的损失，应积极采取处理措施。目前，谐波治理主要有无缘滤波装置和有源滤波器两种治理方式，前者装置简单，成本较低，但滤除不干净；后者采用大功率电力电气器件，成本昂贵，在额定功率范围内可将谐波全部滤除。此外，还可以从以下3点考虑。

3.1 电力谐波在电力计量中的合理运用

受电力谐波的影响，电力计量方式通常有3种形式：①纯基波计量法。即在计量工作中只测量基波功率，忽视滤波或将其过滤掉，以增强电表的抗干扰能力。②计算谐波功率和基波功率。提高电表功率的反应速度，使电表能将所消耗电能准确地显示出来，以提高电量统计速度。③严格区分基波功率和谐波功率，分别展开计量工作。

3.2 确立谐波计量的正确发展方向

目前，我国采用全能计量的方式，在基波与电力相对稳定的状况下，准确度较高。如果遇到谐波干扰，则干扰程度往往会超过计量设备的极限，甚至出现较大的误差。为了减少误差，在未来的发展中需将基波与谐波进行隔离、分别计量，并对电力系统进行简化，对受到谐波影响的电表计量误差进行建模，对误差形成的原因进行详细分析，从而计量出电表受到谐波影响电流的具体额度。

3.3 顺应谐波电表的发展趋势

谐波电表是可以对谐波干扰进行准确计量的电表。在研制过程中，科学家采用多种先进的技术，使谐波电表可区别基波与谐波，且具有各项电能的计量功能。其优势主要表现为可有效避免由于电表内部零件失灵、倾斜度扩大或机械运转等因素引起的误差，但在目前还未形成科学、合理的收费体系，未广泛普及。

4 结束语

电力设备是电力系统的重要组成部分，也是电力谐波的主要来源，因此，电力谐波在电力系统运行中是不可避免的。其危害较大，易损坏设备、形成谐波污染，且对电力计量工作的影响较大，但同时也促进了电力计量技术的提升。因此，要正确认识谐波，并对其进行有效的处理。

参考文献

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〔编辑：张思楠〕