電力諧波對(duì)電能計(jì)量影響研究

劉曉璇

摘 要：電力諧波是電力系統(tǒng)中常見的能源污染，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)發(fā)熱發(fā)生故障，使電腦等通訊設(shè)備受到干擾。本文對(duì)電力諧波的產(chǎn)生原因進(jìn)行探討，結(jié)合電力諧波對(duì)電能計(jì)量影響的分析，提出降低影響的優(yōu)化對(duì)策，為有關(guān)人士提供參考。

關(guān)鍵詞：電力諧波;電能計(jì)量;影響

引言：隨著我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模增大，電力用戶增加，電力諧波的現(xiàn)象也越來越多。交流電網(wǎng)有效分量是工頻單一頻率，與工頻頻率不同的成分都稱之為諧波。由于各種電力電子裝置在電力系統(tǒng)、工業(yè)、交通和家庭用電中應(yīng)用日益廣泛，電力諧波造成的危害問題，引起各國(guó)高度關(guān)注，通過召開學(xué)術(shù)會(huì)議，不斷推動(dòng)限制電力系統(tǒng)諧波和降低用電設(shè)備諧波的技術(shù)發(fā)展。

1電力諧波產(chǎn)生的原因

1.1發(fā)電源質(zhì)量不高

由于發(fā)電機(jī)是三相繞組，從制作角度來講，很難做到絕對(duì)的對(duì)稱。發(fā)電機(jī)的鐵芯也很難做到絕對(duì)的均勻一致，導(dǎo)致影響發(fā)電機(jī)質(zhì)量，從而影響電源質(zhì)量，因此，有些電源會(huì)存在產(chǎn)生諧波的情況。

1.2輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生

輸配電系統(tǒng)中的變壓器也是產(chǎn)生諧波的主要原因，在設(shè)計(jì)變壓器時(shí)，由于變壓器鐵芯的飽和等因素，磁化曲線是非線性的。變壓器磁密選擇在磁化曲線的近飽和段上，磁化電流呈尖頂波形，產(chǎn)生奇次諧波。

1.3用電設(shè)備使用過程產(chǎn)生

電力用戶對(duì)電能源的使用，通常是用于生產(chǎn)和生活。企業(yè)生產(chǎn)建設(shè)離不開電力機(jī)車、鋁電解槽、開關(guān)電源和充電裝置等設(shè)備，由于許多設(shè)備中都含有晶閘管整流設(shè)備，這給電網(wǎng)帶來了大量的諧波污染。晶閘管整流裝置在技術(shù)上采用的是移相控制，吸收電網(wǎng)的缺角正弦波，留下的一部分缺角正弦波中帶有大量的諧波。當(dāng)整流裝置是單相整流電路時(shí)，在接感性負(fù)載時(shí)，含有奇次諧波電流。其中3次諧波的含量能夠達(dá)到基波的30%。在接容性負(fù)載時(shí)，含有奇次諧波電壓，而且諧波含量隨電容的增大而增大。還會(huì)引起旋轉(zhuǎn)設(shè)備和變壓器振動(dòng)并發(fā)出噪聲，長(zhǎng)時(shí)間的振動(dòng)會(huì)造成金屬疲勞和機(jī)械損壞。電力諧波可引起系統(tǒng)的電感、電容發(fā)生諧振，使諧波放大。當(dāng)引起系統(tǒng)諧振時(shí)，諧波的電壓升高、電流增大，導(dǎo)致繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置誤動(dòng)，損壞電力電容器、電纜、電動(dòng)機(jī)等系統(tǒng)設(shè)備，引發(fā)系統(tǒng)事故，威脅電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

2電力諧波對(duì)電能計(jì)量產(chǎn)生的影響

2.1電力諧波對(duì)電能計(jì)量裝置的影響

電能表按工作原理分為機(jī)械式電能表和電子式電能表，機(jī)械式電能表的組成包括軸承、驅(qū)動(dòng)元件和制動(dòng)原件等，其工作原理是交變電流和電壓在穿過電表時(shí)，產(chǎn)生了驅(qū)動(dòng)力，帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)計(jì)數(shù)器字輪。對(duì)于不同的電流和多種影響因素，即使對(duì)電表作出調(diào)整，也不能實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械式電能表的精度控制。最廣泛應(yīng)用的機(jī)械式電能表是感應(yīng)型電能表，是通過交流電基波做為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的，電能表計(jì)量過程中，通過磁感應(yīng)驅(qū)動(dòng)元件產(chǎn)生力矩，再將計(jì)度器帶動(dòng)進(jìn)行電能計(jì)量。當(dāng)電力系統(tǒng)產(chǎn)生電力諧波時(shí)，電能表上的電流和電壓會(huì)受到電力諧波影響產(chǎn)生畸變電流。電力諧波會(huì)導(dǎo)致電能計(jì)量表產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，導(dǎo)致電能計(jì)量裝置容易產(chǎn)生誤差，影響電能計(jì)量表對(duì)電能的計(jì)量[1]。

2.2電力諧波對(duì)電流互感器的影響

電流互感器裝置是電能計(jì)量裝置的重要組成部分，因其不耐受直流分量，不能測(cè)量直流電流，在出現(xiàn)直流分量時(shí)，會(huì)造成交流電的電流測(cè)量失準(zhǔn)，對(duì)直流分量時(shí)的電能計(jì)量出現(xiàn)減少、漏記的現(xiàn)象。電網(wǎng)中的直流分量常規(guī)下是由于整流產(chǎn)生的，例如，電氣化鐵路、煉鋼煉鋁、電鍋爐等工業(yè)行業(yè)用戶，整流電匯導(dǎo)致交流中帶有大量的直流分量。尤其是半波整流，電流為半波電流，低壓電流互感器不能傳變電流信號(hào)，電力計(jì)量工作無法精準(zhǔn)完成。由于現(xiàn)有的低壓電流互感器在直流分量下是產(chǎn)生直流偏磁的，直流分量無法改變磁通。

2.3電力諧波對(duì)電能計(jì)量準(zhǔn)確性的影響

電力諧波會(huì)影響電能計(jì)量的儀表產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，是導(dǎo)致電能計(jì)量失準(zhǔn)的主要因素，是計(jì)量裝置有較大誤差的隱患。由于電磁感應(yīng)式電表，裝置中不僅存在基波還有諧波，諧波對(duì)電能表的影響，還體現(xiàn)在電壓線圈和旋轉(zhuǎn)盤的阻抗變化上，詳細(xì)磁通量出現(xiàn)變化，因此導(dǎo)致電能計(jì)量的誤差。

3電力諧波影響下電能計(jì)量的優(yōu)化對(duì)策

3.1優(yōu)化計(jì)量方式

要降低電力諧波對(duì)電能計(jì)量的不良影響，可以采用優(yōu)化計(jì)量方式、提高計(jì)量方式的管理等手段?？梢詰?yīng)用全能計(jì)量方式和基波電能計(jì)量方式，采用以上兩種方法進(jìn)行深入研究，能夠提高對(duì)計(jì)量方式管理的有效性。全能計(jì)量方式是對(duì)電能表的要求比較高的，電能表要能夠?qū)⒒娔芎退械闹C波全面、準(zhǔn)確的反饋，能夠起到降低諧波對(duì)電能計(jì)量的影響作用，提高電能計(jì)量的準(zhǔn)確性。對(duì)線性用戶，可以普及電子式電能表，推廣電子式電能表的使用，能夠有效針對(duì)諧波的干擾，降低諧波對(duì)計(jì)量過程產(chǎn)生的影響。電子式電能表大幅度降低了電能計(jì)量的誤差，誤差情況接近于0?；娔苡?jì)量方法的優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確性強(qiáng)，對(duì)基波有功功率和電能，可以精準(zhǔn)地表現(xiàn)出來。作為高效的計(jì)量方式，基波電能計(jì)量可以保證在電能計(jì)量工作中，得到準(zhǔn)確和合理的計(jì)量結(jié)果?；娔苡?jì)量可以繞開諧波有功功率，在線性用戶和非線性電力用戶中，無法統(tǒng)計(jì)全部電能計(jì)量。

3.2減少諧波使用

為提高電能表對(duì)電能計(jì)量的準(zhǔn)確，要降低電力諧波對(duì)電能表的干擾，減少電力諧波的產(chǎn)生。減少電力諧波在電網(wǎng)中的使用量，能夠有效減少電網(wǎng)中的電力諧波，從而達(dá)到控制電力諧波的作用。供電企業(yè)和有關(guān)部門應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)供電范圍內(nèi)的諧波源用戶的監(jiān)管措施，通過長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)，必將發(fā)現(xiàn)這是嚴(yán)重的電量損失。由于電力諧波對(duì)電網(wǎng)來說，諧波功率呈負(fù)值，對(duì)電網(wǎng)造成污染和影響，對(duì)非線性用戶，應(yīng)該予以檢測(cè)，在諧波超過一定限值時(shí)，提醒用戶注意用電情況，當(dāng)諧波超過限值很高時(shí)，諧波保護(hù)發(fā)出跳閘命令，對(duì)用戶進(jìn)行用電限制。

3.3增加換流裝置相數(shù)

利用增大換流裝置的相數(shù)，可以起到對(duì)電力諧波的抑制作用，能夠?qū)﹄娔苡?jì)量表的計(jì)量準(zhǔn)確性提高，從而控制電力諧波對(duì)電網(wǎng)帶來的影響。通過換流裝置增加脈動(dòng)數(shù)，也能起到減少電力諧波的作用，換流裝置和他交流側(cè)、直流側(cè)形成的電力諧波次數(shù)能夠消除幅值大的低頻項(xiàng)，能夠讓電力諧波得到較好控制。從源頭的換流裝置對(duì)電力諧波的產(chǎn)生起到管控作用，能夠更好地抑制電力諧波的產(chǎn)生，能夠提高電能計(jì)量的準(zhǔn)確性。

3.4不斷強(qiáng)化技術(shù)改進(jìn)

非線性電力用戶用電過程產(chǎn)生的電力諧波，會(huì)影響電能計(jì)量表的準(zhǔn)確性，電能計(jì)量的結(jié)果和實(shí)際的電能消耗存在很大差距。供電企業(yè)要加強(qiáng)對(duì)產(chǎn)生電力諧波用戶的管理，對(duì)電力諧波用戶采用合理的技術(shù)管控。加強(qiáng)對(duì)電力用戶的電量使用的監(jiān)管措施，要推廣新型的數(shù)字電能計(jì)量表，對(duì)用電產(chǎn)生電力諧波的用戶，可以加裝諧波過濾裝置，起到降低電力諧波對(duì)電網(wǎng)影響的作用，提高電量計(jì)量的準(zhǔn)確性[2]。

3.5有源濾波法和無源濾波法

3.5.1有源濾波法

在諧波源附件，要減少產(chǎn)生諧波電流，要讓供電系統(tǒng)受電力諧波的影響降低，能起到對(duì)電氣設(shè)備的保護(hù)作用，降低諧波電壓，從而達(dá)到減少諧波電流產(chǎn)生的危害，是減少電力諧波的有效方法之一。

3.5.2無源濾波法

無源濾波法是利用電感、電容和電阻的組合結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)成的濾波電路，可以起到濾除一次或多次諧波的作用，較為普遍使用的是電感與電容串聯(lián)，能夠?qū)χ饕沃C波構(gòu)成低阻抗旁路[3]。

結(jié)論：我國(guó)電力企業(yè)不斷完善電力系統(tǒng)建設(shè)，非線性用戶負(fù)荷數(shù)量也不斷增加，導(dǎo)致電力諧波對(duì)電能計(jì)量的影響愈加明顯，為保證電能計(jì)量得準(zhǔn)確，要不斷深入研究電力諧波對(duì)電能產(chǎn)生的影響。通過對(duì)電力諧波問題的深度挖掘和積極研究，為電力行業(yè)找到減少、減弱電力諧波的根本辦法，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)高效運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

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[2]黎慶輝.電力諧波對(duì)電能計(jì)量影響的探究[J].中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化，2019（22）：201-202.

[3]劉暢.關(guān)于電力諧波對(duì)電能計(jì)量影響的分析[J].中外企業(yè)家，2019（33）：105.