電力系統(tǒng)諧波對(duì)電能計(jì)量裝置的影響分析

肖虎

【摘?要】電力運(yùn)行系統(tǒng)中，電能質(zhì)量會(huì)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(huì)有電力部門電能計(jì)量表計(jì)漏計(jì)的情況發(fā)生。日益發(fā)展的社會(huì)經(jīng)濟(jì)下，非線性用戶也逐漸將更多的電力諧波注射至電網(wǎng)中，電網(wǎng)受到的影響日益上升。本文首先闡述了電力系統(tǒng)諧波對(duì)電能計(jì)量的影響，接著分析了電力系統(tǒng)諧波對(duì)電能計(jì)量影響的解決策略。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)諧波;電能計(jì)量裝置;影響分析

引言

我國(guó)電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用電力電子技術(shù)后，電力系統(tǒng)中非線性負(fù)荷用戶數(shù)量也呈現(xiàn)出顯著上升的趨勢(shì)，將更多的電力系統(tǒng)諧波注入至電網(wǎng)之中，如此一來(lái)不但使得電力系統(tǒng)中電壓、電流波形畸變劇烈，電能質(zhì)量遭受影響，同時(shí)也導(dǎo)致輸電設(shè)備、通信設(shè)備、測(cè)量?jī)x器及計(jì)量?jī)x表等難以正常運(yùn)行、工作，最終導(dǎo)致電能計(jì)量嚴(yán)密性和精確性受到影響。故而，需重視電能計(jì)量受電力系統(tǒng)諧波影響的降低。

1 電力系統(tǒng)諧波對(duì)電能計(jì)量的影響

1.1 諧波對(duì)感應(yīng)式電能表的影響

電能表按其工作原理可分為機(jī)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(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。機(jī)械式電能表中最常用的是感應(yīng)型電能表，主要由軸承、驅(qū)動(dòng)元件、制動(dòng)元件、轉(zhuǎn)動(dòng)元件和輔助部件等組成。機(jī)械式電表電量顯示原理是交變電流和電壓將電表轉(zhuǎn)盤穿過(guò)時(shí)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力使其轉(zhuǎn)動(dòng)并將計(jì)數(shù)器字輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)，無(wú)法對(duì)其精度進(jìn)行有效的控制。感應(yīng)式電能表是在交流基波的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，在測(cè)量過(guò)程中，力矩由磁感應(yīng)強(qiáng)度的驅(qū)動(dòng)元件產(chǎn)生，驅(qū)動(dòng)儀表測(cè)量電能。電力系統(tǒng)一旦產(chǎn)生諧波，電能表的電流和電壓就會(huì)受到諧波的影響，從而使電能表產(chǎn)生與正常電流和電壓不同的畸變電流。驅(qū)動(dòng)元件引發(fā)的磁感應(yīng)會(huì)在電流、電壓的畸變之下而有一定變化產(chǎn)生，驅(qū)動(dòng)元件產(chǎn)生的力矩也會(huì)相應(yīng)地發(fā)生變化。

1.2 諧波對(duì)電流互感器的影響

電能計(jì)量裝置重要組成部分的低壓電流互感器無(wú)法耐受直流分量，且不能測(cè)量直流電流，甚至在有直流分量時(shí)交流電流測(cè)量也會(huì)失準(zhǔn)，導(dǎo)致存在直流分量時(shí)低壓電能計(jì)量裝置出現(xiàn)少計(jì)電量的情況。電網(wǎng)中的直流分量通常是由于整流產(chǎn)生的，如電氣化鐵路、電鍍、煉鋼、煉鋁、電鍋爐等工業(yè)用戶，因整流導(dǎo)致交流中帶有大量的直流分量，特別是在半波整流時(shí)，電流為半波電流，低壓電流互感器不能傳變?cè)撾娏餍盘?hào)，導(dǎo)致電能計(jì)量失準(zhǔn)?，F(xiàn)有低壓電流互感器在直流分量下會(huì)產(chǎn)生直流偏磁，直流分量無(wú)法變化的磁通，因?yàn)閯?lì)磁電流的緣故，會(huì)將鐵心工況改變，產(chǎn)生各次諧波，使得鐵芯飽和，導(dǎo)致低壓電流互感器無(wú)法準(zhǔn)確傳變帶有直流分量的一次電流，使得電能計(jì)量裝置失準(zhǔn)。

1.3 諧波對(duì)電能計(jì)量準(zhǔn)確性的影響

諧波會(huì)影響電能測(cè)量的準(zhǔn)確性，由于諧波的存在，電能計(jì)量裝置測(cè)量的總電能也會(huì)在基波和諧波之間產(chǎn)生一定的差異，最終影響測(cè)量的精度。相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在正常情況下對(duì)電能進(jìn)行測(cè)量時(shí)，應(yīng)該使用的互感器順利轉(zhuǎn)換電壓和電流的弱電信號(hào)，后進(jìn)入電度表，電壓和電流在諧波的影響下會(huì)發(fā)生畸變，這一次進(jìn)入互感器信號(hào)也就會(huì)在一定程度上不同于正常情況下的信號(hào)。

2 電力系統(tǒng)諧波對(duì)電能計(jì)量影響的解決策略

2.1 合理選擇電能計(jì)量方式

要想實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量準(zhǔn)確性的提升，首先可入手于計(jì)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(shí)施的基礎(chǔ)上進(jìn)行電能測(cè)量，確保測(cè)量的準(zhǔn)確性，減少諧波排放，保障電力系統(tǒng)得以安全運(yùn)行。交流設(shè)備等極易產(chǎn)生高次諧波，通過(guò)運(yùn)用電子式電能表進(jìn)行雙向計(jì)量，將兩個(gè)電能表測(cè)量數(shù)值平均，如此即可確保結(jié)果能夠一致于或是接近于實(shí)際用電量。

2.2 加大諧波監(jiān)測(cè)與治理力度

首先，將現(xiàn)有電網(wǎng)及主要諧波源作為重點(diǎn)檢測(cè)項(xiàng)目，并對(duì)有關(guān)于諧波源的變電站實(shí)施質(zhì)量檢測(cè)裝置，以此展開(kāi)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);其次，完善檢監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，及時(shí)了解監(jiān)測(cè)機(jī)制獲取信息，并以此為依據(jù)進(jìn)行科學(xué)決策，以便電網(wǎng)污染得以及時(shí)處理;再次，科學(xué)規(guī)劃，對(duì)諧波源接入要求進(jìn)行嚴(yán)格控制;最后，用戶諧波含量超標(biāo)，不論其接入形式為何，都必須嚴(yán)厲禁止。同時(shí)，非線性用戶諧波后續(xù)處理措施必須監(jiān)督落實(shí)。

2.3 科學(xué)確立電能計(jì)量方案

諧波源用戶在設(shè)計(jì)計(jì)量點(diǎn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)與諧波源之間留下一定距離，或是與諧波源遠(yuǎn)離;諧波較重的用戶或電廠，設(shè)計(jì)計(jì)量點(diǎn)時(shí)應(yīng)以諧波偏小的端口為主，以便將諧波對(duì)計(jì)量裝置的影響有效降低;關(guān)口計(jì)量表應(yīng)以多功能電能表為佳，以便將高穩(wěn)定性、可靠性及精準(zhǔn)度實(shí)現(xiàn)。

2.4 不斷強(qiáng)化技術(shù)改進(jìn)

帶加權(quán)系數(shù)的諧波有功電能計(jì)量方式是一種新型的改進(jìn)電能表計(jì)量方式的計(jì)量收費(fèi)方式，該方式不但能將由于諧波而受影響的線性用戶補(bǔ)償，同時(shí)也能對(duì)發(fā)出諧波電能的非線性用戶進(jìn)行合理處罰，可在經(jīng)濟(jì)手段的運(yùn)用下將電網(wǎng)諧波污染削弱的目的達(dá)成。同時(shí)，改計(jì)量方式也可準(zhǔn)確、公平的計(jì)量，在具有較為嚴(yán)重的諧波污染的電網(wǎng)系統(tǒng)中十分適用。此外，由于個(gè)別電能表生產(chǎn)廠商不具備帶有測(cè)量諧波電能的電能表的生產(chǎn)能力，因此應(yīng)建立在先進(jìn)計(jì)量原理的基礎(chǔ)上，對(duì)傳統(tǒng)電能計(jì)量表進(jìn)行改進(jìn)。諧波電能表還可在原有多功能電能表改進(jìn)之后，與電子技術(shù)相結(jié)合，借助軟件功能進(jìn)行更先進(jìn)電子電能表的開(kāi)發(fā)，有效監(jiān)測(cè)、管理諧波，可支持同步采樣、誤差補(bǔ)償算法，最終將電能計(jì)量受諧波的影響妥善處理。

結(jié)束語(yǔ)

電力系統(tǒng)產(chǎn)生電力系統(tǒng)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(jì)量表電能計(jì)量工作的順利開(kāi)展，并極大程度降低了整個(gè)電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量。因此，必須在針對(duì)性措施的實(shí)施下，確保用戶及電力管理機(jī)構(gòu)能夠高度重視電力系統(tǒng)諧波，將非線性負(fù)荷減少，為電能計(jì)量監(jiān)管工作的全面落實(shí)奠定基礎(chǔ)。

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（作者單位：國(guó)網(wǎng)蒙東供電服務(wù)監(jiān)管與支持中心）