三次谐波对电能计量及中性线的影响研究

刘晓璇

摘 要：随着我国社会的发展与生活水平的不断提高，使得电网负荷加重。大量节能灯与大型显示器等设备的使用带来了三次谐波，对电力系统产生了不利影响。因此，本文从三次谐波对电能计量及中性线的影响入手，提出了解决三次谐波的有效措施，旨在为电力系统的发展提供参考，并为有关人士提供借鉴。

关键词：三次谐波;电能计量;中性线

引言：

电力系统在我国发展过程中起到了重要的推进作用。电力系统的频率随着用电量的增大，电网负荷不断增加，三次谐波的产生不仅会损坏电力设施，更会加大电能的损耗，对电力设施的日常维护也起到了不同程度的阻碍作用。因此，需要重视三次谐波污染问题，保护好电力系统。

1三次谐波对电能计量及中性线的影响

1.1三次谐波对电能计量的影响

1.1.1电磁式互感器

电力系统中重要的组成设备包括电磁式互感器。电磁式互感器主要包括电磁式电流互感器以及电磁式电压互感器。其中电磁式电压互感器可以将高电压通过转化变为低电压，电磁式电压互感器主要结构是采用的并联方式，其主要原理在于应用电磁感应的技术进行工作，而电磁式电压互感器中的二次设备可以负载并联进行二次绕组，高压的系统则能够回路并联进行一次绕组，目的在于将铁心和1次、2次线圈进行分别的缠绕用于绝缘并隔离;电磁式电流互感器与电磁式电压互感器拥有相似原理，可以将电网中的较大电流通过转化变为小的电流，但电磁式电流互感器结构主要以串联为主，电磁式电流互感器的1次、2次绕组能够分别的串联在1次回路与2次设备上，当电力系统中发生三次谐波现象的时候，磁滞、饱和以及涡流会使电磁式互感器产生非线性的现象，会使电能计量出现不同程度的误差。

1.1.2电能计量装置

通过多年的研究与分析，电磁式互感器、电容式互感器的电能计量表的安装能够使三次谐波对电能计量产生重要影响。对于电磁式互感器的电能计量装置而言，若装置发生三次谐波的污染，后果较为严重，使电压互感器与电流互感器二次测量的电压有所下降，直接导致电能计量表在计量时出现不同程度的误差，误差的效果受到不同电能计量装置的影响，所有装置中误差最大的则为电子式能表计量。对于电容式互感器的电能计量装置而言，若装置被三次谐波进行污染后，电压互感器二次测量的电压就会有所上升，甚至能达到谐波电压的三倍左右，与电磁式互感器一样，误差受到不同类型电能计量装置影响，所有电能计量表中感应式和电子式电能计量表所受误差最大[1]。

1.1.3电容式电压互感器

电力系统中电容式互感器主要有高压电容、中压电容，高压和中压电容又包括分压器、补偿电抗器、变压器、等效电感以及等效电阻。通常电容式电压互感器在运行工作时会有很小的空载电流产生，电源频率变化后的计量误差经常采用计算绕组的直流电阻和、等值电源的电压以及低压侧漏感之和的方式进行计算。目前使用的电容式电压互感器和电磁式电压互感器相互结合能有效实现绝缘效果，并能较好的控制成本，但仍无法准确测量三次谐波的原因在于角频特性和幅频特性的存在。

1.2三次谐波对中性的影响

随着我国经济的不断发展，人民生活水平的不断提高，加之时代的发展变革。使得多种多样具有变频功能的家用电器走入了人们日常生活中，比如，常见的变频式空调、微波炉以及变频式洗衣机等等。拥有变频功能的家用电器都采用的是非线性的负载方式，因此当拥有变频功能的电器在运行工作时，三次谐波会占据超过一半的比重，不仅如此，具有上述功能的电器在运行过程中更会带来三次谐波的污染问题。使得电力系统中损耗愈加严重，其中损耗尤为明显的系统为三相四线制和三相五线制。电力系统的稳定性以及电力系统的安全性在三次谐波的影响下都受到不同程度的威胁。若电力系统发生损耗，严重时可能出现用电隐患，引发安全事故，甚至危及人民的生命与财产安全。

2解决三次谐波污染有效措施

2.1合理使用滤波器

电力相关企业、部门应选用合适恰当的滤波器，用以解决传统无源滤波器存在的滤波效果差和容易产生容性无功问题。谐波电流的检查过程中，单独使用此类滤波器可以生成相互抵消的补偿类的电流。从使用过后的效果看，该类型滤波器只能使安装部位的上游谐波电流相应减少和降低，但是对下游路线却无任何明显作用。因此，针对上述情况，通过在三次谐波下游的线路中安装有源滤波器能够有效解决三次谐波污染问题。与此同时，在实际工作中，发现滤波器若距离三次谐波的电流源头最近时，防治效果也越好。如果三次谐波的过滤器选用并联的方式时，对于三次谐波的电压的降低也有较好的效果，因此，若想降低三次谐波的危害程度，可以采用将三次谐波滤波器并联于非线性的负荷较大供电处的方式来降低三次谐波的干扰作用[2]。

2.2合理选用治理设备

电力系统中，产生三次谐波的原因有很多，为达到最理想的治理效果，可以通过选用合理的治理设备的方式解决三次谐波问题。例如关于LED灯的三次谐波防治的装置，针对性较强并且具有专门性。此种类型的装置通常是一种特殊的磁性滤波器，该类装置使用的主要材料为优质的硅钢片，由硅钢片构成的铁芯再进行绕组。此种结构的优势在于安全可靠、使用寿命长等，另外，在具体实际运用中，并未发现过补、谐振等不良反应，与此同时，该装置还能够在应用中有效减少中性线的电流并能使三次谐波的电流及时有效的过滤去除掉[3]。

例如，某商场一、二、三层都采用的是LED灯的照明方式，与此同时，还有一块10平方米的LED显示屏，其他的负载电器分别为空调以及部分的辅助用电电器。其中，LED负荷的功率为总用电量的85%。当商场正常营业时，中性线的电流为相线电流的1.5倍左右。与此同时，导致了电能表出现了误差且误差较大在40%左右。当商场安装了LED负荷的专用谐波装置之后，中性线电流降低明显，且此时的电能表误差在0.3%左右。不仅减少了中性线的电流，更使得三次谐波及时地过滤，从而很大程度地降低了电能表的误差。

2.3带中性线低压供电系统

在实际应用中，选择带中性线的低压供电系统，防止三次谐波污染的方式主要有以下四种方式：第一，运用被动并联方式的滤波器，此濾波器不仅具有广泛的应用范围，更能有效的治理三次谐波的污染问题。第二，被动串联滤波器，尽管此种结构的滤波器可以解决三次谐波的污染问题，但在使用过程中容易造成新的问题。比如，被动式串联的滤波器能使低压母线的电压升高，非线性负荷与线性负荷、非线性之间相互影响，使中性线的阻抗提升，导致接地故障的保护功能受到一定的破坏，降低了电力系统中电网的质量水平。第三，中线性的有源滤波器与双接线的变压器，不仅能够将双接地线的变压器当做供电的变压器、也可以将双接地线的变压器当做隔离的变压器消除三次谐波。但此方式多应用在三项式的负荷中解决三次谐波的污染问题。第四，利用Satons变压器绕组接法。该种方式尽管效果明显，但在实际应用过程中需要保证三相负荷相同，同时此方式还具有操作复杂、难度较大的问题，因而需要谨慎操作。

结论：

综上所述，三次谐波对电能计量以及中性线都会产生不同程度的副作用，因此相关部门应切实提出有效解决办法，使得电网能在平稳运行、电力企业的供电质量得到保障。电力企业需要利用先进的科学技术对三次谐波进行有效地防治，促进电力系统长远、健康可持续的发展。

参考文献：

[1]温子健.基于三次谐波的混合励磁同步发电机研究[D].南昌大学，2020.

[2]李国胜，陶建武，郑雪，等.三相四线电能计量装置进表中性线断开后对电能计量的影响[J].仪器仪表标准化与计量，2019（04）：39-41.

[3]谈嘉莹.基于三次谐波反电势的永磁同步电机无位置传感器控制[D].南京航空航天大学，2019.