電力系統諧波對電能計量裝置的影響分析

肖虎

【摘?要】電力運行系統中，電能質量會在極大程度上受到電力諧波的影響，甚至在電力諧波的影響下還會有電力部門電能計量表計漏計的情況發生。日益發展的社會經濟下，非線性用戶也逐漸將更多的電力諧波注射至電網中，電網受到的影響日益上升。本文首先闡述了電力系統諧波對電能計量的影響，接著分析了電力系統諧波對電能計量影響的解決策略。

【關鍵詞】電力系統諧波;電能計量裝置;影響分析

引言

我國電力系統中廣泛應用電力電子技術后，電力系統中非線性負荷用戶數量也呈現出顯著上升的趨勢，將更多的電力系統諧波注入至電網之中，如此一來不但使得電力系統中電壓、電流波形畸變劇烈，電能質量遭受影響，同時也導致輸電設備、通信設備、測量儀器及計量儀表等難以正常運行、工作，最終導致電能計量嚴密性和精確性受到影響。故而，需重視電能計量受電力系統諧波影響的降低。

1 電力系統諧波對電能計量的影響

1.1 諧波對感應式電能表的影響

電能表按其工作原理可分為機械式電能表和電子式電能表，與電子式電能表相比，電子式電能表具有靈敏度高、精度高、防竊電、低功耗等優點，得到了廣泛的應用。機械式電能表中最常用的是感應型電能表，主要由軸承、驅動元件、制動元件、轉動元件和輔助部件等組成。機械式電表電量顯示原理是交變電流和電壓將電表轉盤穿過時產生的驅動力使其轉動并將計數器字輪轉動帶動，無法對其精度進行有效的控制。感應式電能表是在交流基波的基礎上設計的，在測量過程中，力矩由磁感應強度的驅動元件產生，驅動儀表測量電能。電力系統一旦產生諧波，電能表的電流和電壓就會受到諧波的影響，從而使電能表產生與正常電流和電壓不同的畸變電流。驅動元件引發的磁感應會在電流、電壓的畸變之下而有一定變化產生，驅動元件產生的力矩也會相應地發生變化。

1.2 諧波對電流互感器的影響

電能計量裝置重要組成部分的低壓電流互感器無法耐受直流分量，且不能測量直流電流，甚至在有直流分量時交流電流測量也會失準，導致存在直流分量時低壓電能計量裝置出現少計電量的情況。電網中的直流分量通常是由于整流產生的，如電氣化鐵路、電鍍、煉鋼、煉鋁、電鍋爐等工業用戶，因整流導致交流中帶有大量的直流分量，特別是在半波整流時，電流為半波電流，低壓電流互感器不能傳變該電流信號，導致電能計量失準。現有低壓電流互感器在直流分量下會產生直流偏磁，直流分量無法變化的磁通，因為勵磁電流的緣故，會將鐵心工況改變，產生各次諧波，使得鐵芯飽和，導致低壓電流互感器無法準確傳變帶有直流分量的一次電流，使得電能計量裝置失準。

1.3 諧波對電能計量準確性的影響

諧波會影響電能測量的準確性，由于諧波的存在，電能計量裝置測量的總電能也會在基波和諧波之間產生一定的差異，最終影響測量的精度。相關實驗結果表明，在正常情況下對電能進行測量時，應該使用的互感器順利轉換電壓和電流的弱電信號，后進入電度表，電壓和電流在諧波的影響下會發生畸變，這一次進入互感器信號也就會在一定程度上不同于正常情況下的信號。

2 電力系統諧波對電能計量影響的解決策略

2.1 合理選擇電能計量方式

要想實現電能計量準確性的提升，首先可入手于計量方式。在抗直流分量低壓電流互感器、寬頻帶電能表、工頻基波電能表一起實施的基礎上進行電能測量，確保測量的準確性，減少諧波排放，保障電力系統得以安全運行。交流設備等極易產生高次諧波，通過運用電子式電能表進行雙向計量，將兩個電能表測量數值平均，如此即可確保結果能夠一致于或是接近于實際用電量。

2.2 加大諧波監測與治理力度

首先，將現有電網及主要諧波源作為重點檢測項目，并對有關于諧波源的變電站實施質量檢測裝置，以此展開實時監測;其次，完善檢監測系統，及時了解監測機制獲取信息，并以此為依據進行科學決策，以便電網污染得以及時處理;再次，科學規劃，對諧波源接入要求進行嚴格控制;最后，用戶諧波含量超標，不論其接入形式為何，都必須嚴厲禁止。同時，非線性用戶諧波后續處理措施必須監督落實。

2.3 科學確立電能計量方案

諧波源用戶在設計計量點時，應當與諧波源之間留下一定距離，或是與諧波源遠離;諧波較重的用戶或電廠，設計計量點時應以諧波偏小的端口為主，以便將諧波對計量裝置的影響有效降低;關口計量表應以多功能電能表為佳，以便將高穩定性、可靠性及精準度實現。

2.4 不斷強化技術改進

帶加權系數的諧波有功電能計量方式是一種新型的改進電能表計量方式的計量收費方式，該方式不但能將由于諧波而受影響的線性用戶補償，同時也能對發出諧波電能的非線性用戶進行合理處罰，可在經濟手段的運用下將電網諧波污染削弱的目的達成。同時，改計量方式也可準確、公平的計量，在具有較為嚴重的諧波污染的電網系統中十分適用。此外，由于個別電能表生產廠商不具備帶有測量諧波電能的電能表的生產能力，因此應建立在先進計量原理的基礎上，對傳統電能計量表進行改進。諧波電能表還可在原有多功能電能表改進之后，與電子技術相結合，借助軟件功能進行更先進電子電能表的開發，有效監測、管理諧波，可支持同步采樣、誤差補償算法，最終將電能計量受諧波的影響妥善處理。

結束語

電力系統產生電力系統諧波的原因中，用戶使用非線性電器是最為根本之一，影響了電能計量表電能計量工作的順利開展，并極大程度降低了整個電力系統的電能質量。因此，必須在針對性措施的實施下，確保用戶及電力管理機構能夠高度重視電力系統諧波，將非線性負荷減少，為電能計量監管工作的全面落實奠定基礎。

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（作者單位：國網蒙東供電服務監管與支持中心）