解析電力諧波對(duì)電能計(jì)量影響

郭欣

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大量的電力電子設(shè)備得到了應(yīng)用和普及，對(duì)于電力的需求也在不斷增加。為了維護(hù)電力供應(yīng)企業(yè)和用戶(hù)雙方的合法利益，對(duì)電能的使用進(jìn)行測(cè)量，保證用電的公平公開(kāi)，是十分必要的。但是，電力諧波的存在，對(duì)于電力系統(tǒng)的電壓、電流等產(chǎn)生了巨大的影響，使得電能計(jì)量的準(zhǔn)確性難以保證。文章針對(duì)電力諧波的特點(diǎn)，分析了其對(duì)于電能計(jì)量的影響。

關(guān)鍵詞：電力諧波；電能計(jì)量；影響

前言

國(guó)家電網(wǎng)工程的普及和完善，使得電力網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍越來(lái)越大，為人們的日常用電提供了便利。而社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展使得人們的生活水平不斷提高，對(duì)于電力的需求也在日益擴(kuò)大。為了維護(hù)電力用戶(hù)的合法權(quán)益，保障我國(guó)電力行業(yè)的發(fā)展，必須加強(qiáng)電力的計(jì)量工作，切實(shí)保證電能計(jì)量的準(zhǔn)確性。

1 電力諧波概述

1.1 概念

電力諧波，是對(duì)于交流電網(wǎng)中單一的工頻頻率不同的成分的統(tǒng)稱(chēng)，也就是說(shuō)，與交流電網(wǎng)工頻頻率不同的波頻，都可以稱(chēng)為諧波。

1.2 產(chǎn)生原因

電力系統(tǒng)中的電力諧波，主要來(lái)自以下三個(gè)方面：

（1）發(fā)電源的質(zhì)量問(wèn)題

就目前我國(guó)電力企業(yè)的發(fā)展情況看，大部分發(fā)電機(jī)都是在三相繞組的基礎(chǔ)上制作的，很難做到絕對(duì)的對(duì)稱(chēng)，而發(fā)電機(jī)的鐵芯也難以保證絕對(duì)的均勻和一致，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的質(zhì)量受到一定的影響，在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生諧波。一般來(lái)說(shuō)，發(fā)電源產(chǎn)生的諧波極少，并不會(huì)影響系統(tǒng)的運(yùn)行。

（2）輸配電系統(tǒng)問(wèn)題

輸配電系統(tǒng)中諧波的來(lái)源主要是電力變壓器。由于受到各種因素的影響，在對(duì)變壓器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，通常都會(huì)將其工作磁密選擇在飽和階段上，以免出現(xiàn)容量過(guò)大造成的浪費(fèi)。雖然使得變壓器的經(jīng)濟(jì)性得到了保證，但是也使得其在工作中產(chǎn)生了相應(yīng)的諧波電流。

（3）用電設(shè)備問(wèn)題

用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波，通常都是多次諧波的組合。一方面，來(lái)自于含有半導(dǎo)體的非線性元件，如變流器、換流設(shè)備等；另一方面，則來(lái)自于部分含電弧或者鐵磁的非線性設(shè)備，如交流電弧爐等。

1.3 危害

電力諧波對(duì)于電力系統(tǒng)的危害是十分巨大的，也是多方面的，主要包括以下幾種：

（1）輸配電線路。首先，會(huì)影響線路的穩(wěn)定運(yùn)行。一般情況下，輸配電線路都設(shè)置有相應(yīng)的繼電保護(hù)裝置，對(duì)線路和設(shè)備的安全進(jìn)行維護(hù)。但是，在諧波的影響下，繼電保護(hù)裝置難以充分發(fā)揮保護(hù)作用，從而產(chǎn)生誤動(dòng)或者拒動(dòng)，威脅線路的穩(wěn)定和安全。其次，會(huì)影響供電質(zhì)量。電力諧波會(huì)使得電力網(wǎng)絡(luò)中的電壓和電流產(chǎn)生相應(yīng)的畸變，使得電網(wǎng)的電壓降低，浪費(fèi)電網(wǎng)的容量，從而影響電力供應(yīng)的質(zhì)量。

（2）電力設(shè)備。一方面，電力諧波的存在，會(huì)導(dǎo)致電壓和電流的變化，影響設(shè)備的使用安全，也可能導(dǎo)致設(shè)備過(guò)熱，引起設(shè)備的絕緣老化，縮短設(shè)備的使用壽命；另一方面，由于諧波次數(shù)高頻率上升，會(huì)導(dǎo)致線路的交流電阻增大，使得電纜的允許通過(guò)電流減小，影響電力的傳輸。

2 電力諧波對(duì)于電能計(jì)量的影響

當(dāng)前我國(guó)的電力系統(tǒng)中，使用的電能計(jì)量設(shè)備一般都是感應(yīng)式電能表和電子式電能表，部分地區(qū)使用了精準(zhǔn)度更高、更加方便的智能電表，但是并沒(méi)有得到普及，因此本文只對(duì)前兩種電能表進(jìn)行分析。

2.1 感應(yīng)式電能表

感應(yīng)式電能表的基本工作原理在于：當(dāng)電流通過(guò)表中的電流和電壓元件時(shí)，會(huì)與鋁盤(pán)發(fā)生電磁感應(yīng)，產(chǎn)生電磁力，進(jìn)而推動(dòng)鋁盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)電能進(jìn)行計(jì)量。

而諧波電流的存在，會(huì)導(dǎo)致線路中的電流頻率發(fā)生變化，從而對(duì)電能表產(chǎn)生影響，產(chǎn)生計(jì)量誤差。誤差產(chǎn)生的原因包括：

（1）諧波頻率的影響。首先，電能表的轉(zhuǎn)盤(pán)并非純電阻，在其中含有感抗分量，在頻率上升時(shí)，轉(zhuǎn)盤(pán)的等效抗阻以及阻抗角會(huì)隨之不斷增大，從而使得電能表的轉(zhuǎn)速變慢，測(cè)量結(jié)果低于實(shí)際耗電量；其次，電流線圈的磁通量會(huì)隨著頻率的增加而逐漸減小，從而導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)力矩減小，電能表的誤差向負(fù)方向變化；然后負(fù)荷的補(bǔ)償力矩與頻率成反比，當(dāng)頻率升高時(shí)，補(bǔ)償力矩減小，使電能表產(chǎn)生負(fù)誤差，并且這種影響的大小隨著負(fù)載大小的不同而不同，負(fù)載電流愈小，影響愈大。

（2）諧波功率的影響

①線性用戶(hù)：基波由系統(tǒng)注入用戶(hù)，與諧波的方向一致，因此電能表計(jì)量的是用戶(hù)的實(shí)際用電量加上部分諧波電能，使得計(jì)量數(shù)值增大，不僅需要繳納更多的電費(fèi)，還會(huì)受到諧波的危害。

②非線性用戶(hù)：基波與諧波的方向相反，用戶(hù)向電網(wǎng)輸送諧波分量，電能表計(jì)量的電能實(shí)際上是實(shí)際用電量減去部分諧波電能，計(jì)量數(shù)值減小，在污染電網(wǎng)環(huán)境的同時(shí)，卻繳納更少的電費(fèi)。

2.2 電子式電能表

電子式電能表的基本工作原理是：通過(guò)對(duì)用戶(hù)供電電壓和電流的實(shí)時(shí)采樣，采用專(zhuān)用的電能表集成電路，對(duì)采樣電壓和電流信號(hào)進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換成與電能成正比的脈沖輸出，通過(guò)計(jì)度器或數(shù)字顯示器顯示出來(lái)。其優(yōu)點(diǎn)在于具有良好的防竊電能力和較高的計(jì)量精度，負(fù)荷特性強(qiáng)，自身的功耗低，計(jì)量參數(shù)靈活性強(qiáng)，功能全面，屬于目前我國(guó)應(yīng)用最為廣泛的電能計(jì)量設(shè)備。但是，由于電子式電能表的頻帶相對(duì)較寬，在計(jì)量時(shí)，會(huì)將基波功率與諧波功率同等對(duì)待，使得計(jì)量的誤差增大，不過(guò)與感應(yīng)式電能表相比，誤差要小得多，在20倍頻諧波的影響下，計(jì)量誤差不會(huì)超過(guò)4%。與感應(yīng)式電能表一樣，在諧波的影響下，電子式電能表對(duì)于不同的用戶(hù)也會(huì)出現(xiàn)不同的誤差。對(duì)于線性用戶(hù)，電子式電能表計(jì)量的數(shù)值實(shí)際上是基波與諧波之和，數(shù)值較實(shí)際偏大；對(duì)于非線性用戶(hù)，電子式電能表計(jì)量的數(shù)值實(shí)際上是基波與諧波之差，數(shù)值較實(shí)際偏小。

3 相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施

針對(duì)電力諧波對(duì)于電能計(jì)量的影響，需要采取必要的措施進(jìn)行處理，以保證用電的公平性。

3.1 對(duì)電能計(jì)量方式進(jìn)行選擇

就目前的技術(shù)條件而言，對(duì)于電力諧波并沒(méi)有較好的處理辦法，因此為了提高電能計(jì)量的準(zhǔn)確性，可以從計(jì)量方式入手，采用寬頻帶電能表和工頻基波電能表共同使用的方式，進(jìn)行電能測(cè)量，不僅可以保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，還可以對(duì)諧波的大小和方向進(jìn)行測(cè)量，從而有效減少諧波的排放，保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。對(duì)于容易產(chǎn)生高次諧波的設(shè)備，如變流設(shè)備等，可以采用全電子式電能表，進(jìn)行雙向計(jì)量，將兩個(gè)電能表的測(cè)量數(shù)值進(jìn)行平均，就可以保證結(jié)果與實(shí)際用電量相同或相近。

3.2 引入智能電表

智能電表具備的智能化功能，可以對(duì)用戶(hù)的實(shí)際用電量進(jìn)行整理和對(duì)比，一旦發(fā)現(xiàn)異常會(huì)立即向用戶(hù)發(fā)出警報(bào)信息，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)電量的異常，避免對(duì)于用戶(hù)利益的侵害。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，電力諧波的產(chǎn)生是不可避免的，也是不可忽視的。在目前的技術(shù)條件下，電力諧波會(huì)影響電能計(jì)量的準(zhǔn)確性，損害用戶(hù)的合法利益，同時(shí)對(duì)電力系統(tǒng)造成巨大的危害。因此，電力工作人員必須充分重視起來(lái)，改進(jìn)電力計(jì)量的方法，引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)，切實(shí)保證電能計(jì)量的準(zhǔn)確性，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全。

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