电力谐波对电能表电能计量的影响及应对措施

电力谐波对电能表电能计量的影响及应对措施

李玉英  吴利强

国网河南省电力公司南乐县供电公司

摘要：在国民经济持续增长的同时，科学技术也在不断地进步。随着电网中负载的非线性功率装置的日益增多，电力谐波问题也日益突出。电网中出现的各种谐波，会引起电能的不精确性，对国家经济的平稳发展造成了很大的影响。因此，电网管理者必须对其危害有足够的认识。

关键词：电力谐波；电能计量

1 电力谐波的产生原因

当发电机的电源质量不高时，会产生谐波。由于三相绕组很难在制造过程中达到完全的对称，其铁芯也很难达到统一，因此，其功率中会出现一定程度的谐波。

目前，我国电网普遍采用晶闸整流管，在开关电源、充电器、铝电解槽等设备中均存在着大量的谐波；电弧炉、电石炉等，因三相负荷不平衡，会产生功率谐波，经变压器进入电网；荧光灯、高压钠灯、高压汞灯会引起电力网的谐波；各类家用电器，如调光灯具、电视、计算机、录像机，由于调压和整流器的存在，也会引起电力谐波，从而对电能计量精度造成很大的影响。

在国家电网中，输配电网也会产生功率谐波，原因在于变压器的铁芯发生饱和，产生了尖顶波形，从而导致功率谐波。

2 电力谐波的危害

在理想状态下，供电的功率应该是一个单一且固定的电压幅值，然后以此为依据，建立统一的电力计量与收费标准。然而，随着电力系统中出现大量用电设备，谐波电流和谐波电压不断增加，对整个电力系统的正常运行造成了影响，严重情况下会导致各种电力事故。电力谐波的危害主要表现为：（1）加速电力系统中各电气元件和电能计量装置的谐波损耗，进而直接影响电力系统的供、配电效率。特别是在电网运行过程中，当三次谐波进入电网后，将引起电网瞬间电压的大幅上升，从而引起电网过热导致电网短路或着火。（2）谐波不仅会增加各种电器的损耗，还会引起不规则的机械振动和噪声，使线路和元件的连接变得松散，从而造成部分地区的电网因为接触不良而停电。（3）在一些特殊的电网中，可能会有继电器和自动设备，因为电压的变化，继电器可能会发生故障，从而影响电能测量的精度。

3 电力谐波对电能表电能计量的影响

基波功率在电力系统中起着非常重要的作用，基于基波功率的大小，可以对电力系统电价进行准确的计算，可以保障电力系统的使用安全。当非线性用户将谐波功率输入电网时，电力谐波会与基波叠加在一起，其波形会扭曲，导致在电能表中，无法通过磁感应来生成电压、电流之间的转矩，造成转矩与平均功率之间的偏差。此外，环境温度、计算方法、电子部件受损程度及使用频率、加载电压电流条件变化等都会对谐波造成影响，进而导致电能计量误差。

对各种类型的电能表进行频响试验，在电能表频响2次及以上后，电能表频响性能逐步增强，频响9次后，电能表频响性能下降80%。在感应式电能表中，圆盘的涡电流通道对应圆盘的阻抗角，随着频率的增加，电流通道增加；在电子式电能表中，由于其具有宽带响应的特点，带宽受限于变压器的频带和时钟频率。

3.1 感应式电能表

感应式电能表通过感应计量元件圆盘的转动来进行电能计量，由计量系统、补偿装置、辅助元件、驱动元件、计数器、轴承、调节装置、外壳、基座等构成。工作时，由传动部件感测电流及电压，转换成电磁力矩，再传给转台，带动转台旋转。这种形式的电能表的电能计量较为直观，并且具有数据动态连续、不易丢失的优点，但是对技术的要求很高。如果电能表的材料不合格，势必会使电能表的性能降低。

在电能表中，转动板阻抗的变化会引起电流磁通的变化，进而对电能表的计量产生一定的影响。以感应式电能表为对象进行改进，得到非线性的数学模型。当使用全能源或者基波能量作为计量基准时，因为感应式电能表的误差频率特征曲线在不断降低，在用电过程中，谐波会对用感应式电能表的电能计量产生很大的影响。感应式电能表的频域特性越强，其电阻值越大，误差越大。

3.2 电子式电能表

电子式电能表以模拟、数字两种方式进行用电数据采集和计量。在当今的信息社会中，电子技术和数字技术已经渐渐占据了主导地位，将其运用到电能计量装置中，得到了各种各样的电子式电能表，电子式电能表的计量更加准确，而且具有更多的功能。由于具备科学性、准确性、易用性，在当今社会中，电子式电能表得到了广泛的应用。

4 电力谐波的应对措施

4.1 改变计量方式

一般电能表计量的电量，是谐波电量与基波电量之和，若采用的是高性能电能表，可以较为准确地计量出基波和谐波的电能，但谐波电量有可能因负载而发生变化。如果改为只计量基波电量，能减少对直线负载的冲击，目前大多数用户都觉得对基波电量进行计量的方式比较合理。

针对电力谐波对电能计量的影响，可采取合理的计量方法，根据电价系统中电网费用的分配，对有电力谐波的用户，根据其供电价格和用电量上，对其进行适当的补偿，并根据其谐波成分的比重来调节用电费用。对有非线性负荷的用户进行综合管理，利用高精度的电子式电能表来减少电力谐波对电能计量的影响。

4.2 合理选用电能表

如果计量点功率谐波含量超过国家标准的要求，可以使用相同精度的全电子式电能表，也可以使用带有计量谐波成分功能的多功能电能表。利用谐波电能表可以对谐波电量进行计量，并对电压、电流的谐波含量和失真情况进行2～50次的同步计量，对电网的电压、电流、基波有功和无功、谐波有功和无功等进行直观的记载。另外，通过改进电压和电流互感器的布线，可以降低谐波对电能表的影响。

电能计量的准确性与我国电力的经济效益和社会效益密切相关，为了更准确地衡量用户所消费的电能，应该将包含高次谐波的线路作为研究目标，使用电量均衡的计算方法和贸易结算电能表，同时，还要严格遵守国家的规定，在进行共振处理的同时，降低电网中的共振现象对电能计量造成的冲击。

针对大功率变换装置和电弧炉等负载引起的电力谐波，电能表会记录负荷所消耗的基波有功功率，因此采用电磁感应式电能表更加合理；如果由电网产生功率谐波，能够体现真实电能的全电子式电能表。

4.3 建立健全谐波管理体系

在电力系统的运行中，工作人员应该了解谐波的重要性，并且要清楚地意识到，对谐波进行治理，不仅仅是供电企业的工作，也是用户的责任。因为谐波会对电能表的计量精度产生影响，对供电企业和用户的利益都会造成损害。在谐波管理过程中，供电企业的主管部门应对管辖电网展开系统的分析，构建并完善谐波管理体系。在谐波管理过程中，规范的管理体系可以保证谐波源测定的精度，为谐波控制提供必要的措施，从而提高电能计量的精度，提升供电企业的经济效益。

5 结束语

综上所述，随着我国电力体系中非线性负荷的增多，电网中的谐波也越来越多，这不仅会对电能品质带来不利影响，还会导致电能计量偏差。电力企业需要以电计算原则和电能表计费原则为依据，对非线性负载用户的谐波展开综合整治，采用高精度的电子式电能表，可以减少由谐波造成的计量漏计问题，为企业创造更多的效益。

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