探析電力系統(tǒng)諧波對電力計(jì)量的影響

羅錦平

摘 要：為了保證電力計(jì)量的精確性，必須減少電力諧波對電力計(jì)量產(chǎn)生的不良影響。簡單介紹了電力諧波及其來源，分析了電力諧波對電力計(jì)量工作的影響，并提出了相關(guān)建議。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)諧波；電力計(jì)量；電子式電能表；交流電網(wǎng)

中圖分類號：TM711 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.12.089

目前，社會各方面的用電量驟增，電力計(jì)量工作顯得更為重要，直接關(guān)系著電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益。雖然電力計(jì)量的方法在不斷改進(jìn)，但其精確度依然會受到其他方面的影響，尤其是電力系統(tǒng)諧波。為了滿足越來越高的用電要求，許多非線性負(fù)荷的電子設(shè)備和大功率感性負(fù)載應(yīng)用越來越多，同時，也產(chǎn)生了大量諧波，對電力計(jì)量工作產(chǎn)生了較大的影響。如果不能正確處理電力諧波，則極易造成電量損失和經(jīng)濟(jì)損失，因此，必須清楚地認(rèn)識電力諧波的危害。

1 電力系統(tǒng)諧波及其來源分析

1.1 電力諧波

在交流電網(wǎng)中，任何與工頻頻率不同的成分都可稱為諧波，可將其分為有功功率和無功功率兩種，前者直接對電力系統(tǒng)運(yùn)行起作用；后者主要為濾波條件和方法的研究工作提供必要依據(jù)。電壓波形和電流所含諧波程度不同，因此，從嚴(yán)格意義上講，它們并不是正弦形式。諧波的存在方式主要有諧波電流、諧波電壓和諧波功率。在電力系統(tǒng)的運(yùn)行中，如果有大量諧波產(chǎn)生，則會降低電能生產(chǎn)、傳輸和使用的效率，進(jìn)而造成電量浪費(fèi)，且極易引起電氣設(shè)備升溫、產(chǎn)生大量噪聲，最終加速絕緣老化，出現(xiàn)各種故障。一旦引起局部串/并聯(lián)諧振，則很有可能燒毀電氣設(shè)備，進(jìn)而阻礙了整個系統(tǒng)的運(yùn)行。此外，還會導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置誤動作，影響到電力計(jì)量的精準(zhǔn)性。近年來，電力系統(tǒng)中許多新電子設(shè)備得到了廣泛應(yīng)用，諧波也隨之增多，對周圍的通信系統(tǒng)和環(huán)境危害極大，引起了人們的高度關(guān)注。

1.2 電力諧波來源

電力諧波的來源主要以下3個：①輸配電系統(tǒng)。變壓器是產(chǎn)生諧波的主要來源，與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)，諧波電流隨著鐵心飽和程度的升高而增加。②發(fā)電源質(zhì)量較差。比如發(fā)電機(jī)的三相繞組很難絕對對稱，加之鐵心設(shè)計(jì)不均勻，會產(chǎn)生少量諧波。③用電設(shè)備。比如變頻裝置、電弧爐、家用電器、氣體放電類電光源和晶閘管整流設(shè)備等。對于電力系統(tǒng)而言，諧波主要來自發(fā)電設(shè)備和用電設(shè)備。國內(nèi)許多工業(yè)企業(yè)都有著嚴(yán)重的諧波污染，特別是變頻電源和直流用電器的使用，使5次諧波和7次諧波含量驟增。其中，損失在小用戶中體現(xiàn)地不明顯，但對于大功率用戶而言，諧波的增加會加速變壓器、電動機(jī)等的衰老，還會繳納更多的電費(fèi)。

2 電力系統(tǒng)諧波對電力計(jì)量的影響

2.1 電力系統(tǒng)諧波對電感電表的影響

電感式電能表利用磁感應(yīng)產(chǎn)生一定的力矩，推動內(nèi)部元件運(yùn)行，從而計(jì)算測量所耗電能。運(yùn)行時，電壓線圈產(chǎn)生的電流磁通來自以下2部分：穿過鋁盤在回磁板作用下形成工作磁通；通過左、右鐵軛形成磁通。電表工作時，電壓線圈與電流線圈之間產(chǎn)生的為交變磁通，經(jīng)哪些位置穿過鋁盤，便會在該處形成感應(yīng)電流。電流與磁場發(fā)生作用產(chǎn)生動力，可以推動鋁盤運(yùn)轉(zhuǎn)。此類電能表多以基波為基礎(chǔ)，而基波與諧波融合后產(chǎn)生的電流和電壓均處于畸形狀態(tài)，因此，諧波會影響電能表計(jì)量的準(zhǔn)確性。

2.2 電力系統(tǒng)諧波對電子式電能表的影響

電子式電能表有著廣泛應(yīng)用，與電感電表相比，電子式電表的計(jì)量誤差較小。電子式電能表多采用A/D方式，運(yùn)行大致要經(jīng)過乘法器運(yùn)動、處理器分析和顯示輸出幾個步驟，電表設(shè)備運(yùn)行在國家規(guī)定范圍內(nèi)，依據(jù)50 Hz標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。如果以基波計(jì)量為標(biāo)準(zhǔn)，則電子式電能表的誤差要超出感應(yīng)式電表很多。

3 正確處理電力諧波

針對電力諧波所產(chǎn)生的危害，以及可能造成的損失，應(yīng)積極采取處理措施。目前，諧波治理主要有無緣濾波裝置和有源濾波器兩種治理方式，前者裝置簡單，成本較低，但濾除不干凈；后者采用大功率電力電氣器件，成本昂貴，在額定功率范圍內(nèi)可將諧波全部濾除。此外，還可以從以下3點(diǎn)考慮。

3.1 電力諧波在電力計(jì)量中的合理運(yùn)用

受電力諧波的影響，電力計(jì)量方式通常有3種形式：①純基波計(jì)量法。即在計(jì)量工作中只測量基波功率，忽視濾波或?qū)⑵溥^濾掉，以增強(qiáng)電表的抗干擾能力。②計(jì)算諧波功率和基波功率。提高電表功率的反應(yīng)速度，使電表能將所消耗電能準(zhǔn)確地顯示出來，以提高電量統(tǒng)計(jì)速度。③嚴(yán)格區(qū)分基波功率和諧波功率，分別展開計(jì)量工作。

3.2 確立諧波計(jì)量的正確發(fā)展方向

目前，我國采用全能計(jì)量的方式，在基波與電力相對穩(wěn)定的狀況下，準(zhǔn)確度較高。如果遇到諧波干擾，則干擾程度往往會超過計(jì)量設(shè)備的極限，甚至出現(xiàn)較大的誤差。為了減少誤差，在未來的發(fā)展中需將基波與諧波進(jìn)行隔離、分別計(jì)量，并對電力系統(tǒng)進(jìn)行簡化，對受到諧波影響的電表計(jì)量誤差進(jìn)行建模，對誤差形成的原因進(jìn)行詳細(xì)分析，從而計(jì)量出電表受到諧波影響電流的具體額度。

3.3 順應(yīng)諧波電表的發(fā)展趨勢

諧波電表是可以對諧波干擾進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)量的電表。在研制過程中，科學(xué)家采用多種先進(jìn)的技術(shù)，使諧波電表可區(qū)別基波與諧波，且具有各項(xiàng)電能的計(jì)量功能。其優(yōu)勢主要表現(xiàn)為可有效避免由于電表內(nèi)部零件失靈、傾斜度擴(kuò)大或機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)等因素引起的誤差，但在目前還未形成科學(xué)、合理的收費(fèi)體系，未廣泛普及。

4 結(jié)束語

電力設(shè)備是電力系統(tǒng)的重要組成部分，也是電力諧波的主要來源，因此，電力諧波在電力系統(tǒng)運(yùn)行中是不可避免的。其危害較大，易損壞設(shè)備、形成諧波污染，且對電力計(jì)量工作的影響較大，但同時也促進(jìn)了電力計(jì)量技術(shù)的提升。因此，要正確認(rèn)識諧波，并對其進(jìn)行有效的處理。

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〔編輯：張思楠〕