探析電力系統諧波對電力計量的影響

羅錦平

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

關鍵詞：電力系統諧波；電力計量；電子式電能表；交流電網

中圖分類號：TM711 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.12.089

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

1 電力系統諧波及其來源分析

1.1 電力諧波

在交流電網中，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運行起作用；后者主要為濾波條件和方法的研究工作提供必要依據。電壓波形和電流所含諧波程度不同，因此，從嚴格意義上講，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。在電力系統的運行中，如果有大量諧波產生，則會降低電能生產、傳輸和使用的效率，進而造成電量浪費，且極易引起電氣設備升溫、產生大量噪聲，最終加速絕緣老化，出現各種故障。一旦引起局部串/并聯諧振，則很有可能燒毀電氣設備，進而阻礙了整個系統的運行。此外，還會導致繼電保護裝置誤動作，影響到電力計量的精準性。近年來，電力系統中許多新電子設備得到了廣泛應用，諧波也隨之增多，對周圍的通信系統和環境危害極大，引起了人們的高度關注。

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。變壓器是產生諧波的主要來源，與其內部結構設計有關，諧波電流隨著鐵心飽和程度的升高而增加。②發電源質量較差。比如發電機的三相繞組很難絕對對稱，加之鐵心設計不均勻，會產生少量諧波。③用電設備。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備等。對于電力系統而言，諧波主要來自發電設備和用電設備。國內許多工業企業都有著嚴重的諧波污染，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、電動機等的衰老，還會繳納更多的電費。

2 電力系統諧波對電力計量的影響

2.1 電力系統諧波對電感電表的影響

電感式電能表利用磁感應產生一定的力矩，推動內部元件運行，從而計算測量所耗電能。運行時，電壓線圈產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生的為交變磁通，經哪些位置穿過鋁盤，便會在該處形成感應電流。電流與磁場發生作用產生動力，可以推動鋁盤運轉。此類電能表多以基波為基礎，而基波與諧波融合后產生的電流和電壓均處于畸形狀態，因此，諧波會影響電能表計量的準確性。

2.2 電力系統諧波對電子式電能表的影響

電子式電能表有著廣泛應用，與電感電表相比，電子式電表的計量誤差較小。電子式電能表多采用A/D方式，運行大致要經過乘法器運動、處理器分析和顯示輸出幾個步驟，電表設備運行在國家規定范圍內，依據50 Hz標準進行。如果以基波計量為標準，則電子式電能表的誤差要超出感應式電表很多。

3 正確處理電力諧波

針對電力諧波所產生的危害，以及可能造成的損失，應積極采取處理措施。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，在額定功率范圍內可將諧波全部濾除。此外，還可以從以下3點考慮。

3.1 電力諧波在電力計量中的合理運用

受電力諧波的影響，電力計量方式通常有3種形式：①純基波計量法。即在計量工作中只測量基波功率，忽視濾波或將其過濾掉，以增強電表的抗干擾能力。②計算諧波功率和基波功率。提高電表功率的反應速度，使電表能將所消耗電能準確地顯示出來，以提高電量統計速度。③嚴格區分基波功率和諧波功率，分別展開計量工作。

3.2 確立諧波計量的正確發展方向

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

3.3 順應諧波電表的發展趨勢

諧波電表是可以對諧波干擾進行準確計量的電表。在研制過程中，科學家采用多種先進的技術，使諧波電表可區別基波與諧波，且具有各項電能的計量功能。其優勢主要表現為可有效避免由于電表內部零件失靈、傾斜度擴大或機械運轉等因素引起的誤差，但在目前還未形成科學、合理的收費體系，未廣泛普及。

4 結束語

電力設備是電力系統的重要組成部分，也是電力諧波的主要來源，因此，電力諧波在電力系統運行中是不可避免的。其危害較大，易損壞設備、形成諧波污染，且對電力計量工作的影響較大，但同時也促進了電力計量技術的提升。因此，要正確認識諧波，并對其進行有效的處理。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕