電力諧波對(duì)電能表電能計(jì)量的影響研究

譚量 斯旻

華立科技股份有限公司 浙江杭州 310023

電力諧波在一定程度上對(duì)企業(yè)的安全和經(jīng)濟(jì)影響越來(lái)越重，同時(shí)電力諧波對(duì)繼電保護(hù)裝置和其它零件及設(shè)施都會(huì)帶來(lái)不利的影響。因其多方面的影響性，所以電力諧波的存在，使得電能表計(jì)量工作受到極大的制約，雙方經(jīng)濟(jì)效益都因電力諧波而受損。所以工作單位必須有針對(duì)性地解決這一危害，以便于更好的服務(wù)群眾，服務(wù)社會(huì)。

1 研究意義

電能計(jì)量工作是當(dāng)前電力企業(yè)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算的主要參考依據(jù)，其整體計(jì)量的準(zhǔn)確性密切關(guān)系到整個(gè)電力系統(tǒng)中電力生產(chǎn)企業(yè)、電網(wǎng)企業(yè)和用電方等多方之間的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。所以電力系統(tǒng)在整個(gè)電力輸送、供應(yīng)過(guò)程中，電能計(jì)量工作尤其是針對(duì)高電壓的電能系統(tǒng)而言都是非常重要的一項(xiàng)工作內(nèi)容，因其不僅會(huì)直接關(guān)系著電力企業(yè)生產(chǎn)部門的運(yùn)行，能否確保安全性和穩(wěn)定性，同時(shí)也直接與社會(huì)發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)相掛鉤，其重要性可見一斑。而電能表設(shè)備作為電力系統(tǒng)中最常見的基礎(chǔ)硬件設(shè)施之一，其本身便是電能供應(yīng)的計(jì)量設(shè)備，是電力企業(yè)和電力生產(chǎn)企業(yè)、用電方等多方之間相互聯(lián)系的重要渠道，同時(shí)也是電網(wǎng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)結(jié)算和后續(xù)效益考核的重點(diǎn)參考依據(jù)。由此可見，電能表作為電能貿(mào)易結(jié)算時(shí)重要的橋梁手段，其應(yīng)用范圍十分的廣泛，而且電能表無(wú)論其計(jì)量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確與否，都會(huì)直接關(guān)系到日常居民的生活和廠礦企事業(yè)單位的運(yùn)行成本，也就關(guān)乎著社會(huì)群眾的切身利益。雖說(shuō)電能表系統(tǒng)，其整體工藝較為簡(jiǎn)單，并且較為小巧，但其作用是不可忽略的，企業(yè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確與否直接和客戶利益緊密相關(guān)，同時(shí)也關(guān)乎著電力系統(tǒng)發(fā)電量線損情況，能源消耗情況，電力消耗情況等數(shù)據(jù)計(jì)量準(zhǔn)確度，所以其影響不僅僅是自身，而且更多層面的涉及到了國(guó)家和用戶的實(shí)際切身效益和社會(huì)效益。并且隨著當(dāng)前工作性質(zhì)的不斷轉(zhuǎn)變，其工作模式也從傳統(tǒng)的計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體制逐漸向商業(yè)化市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)模式發(fā)生潛移默化的轉(zhuǎn)變，并且其經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式也由粗放型向集約型、精細(xì)化轉(zhuǎn)變，這就意味著現(xiàn)如今的工作，不僅要求為了自身計(jì)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，更是要確保企業(yè)發(fā)展穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)工作模式的不斷優(yōu)化和工作壓力的不斷減輕，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供必要的支撐。基于當(dāng)前現(xiàn)狀，相關(guān)單位必須要對(duì)自身工作體系提出更高的要求，適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)發(fā)展對(duì)電力計(jì)量需求的深層次變化和發(fā)展。并且工作人員要明確在電網(wǎng)輸出位置，其電量精確的重要性（大比率），哪怕只有一點(diǎn)點(diǎn)，造成的電量數(shù)額損失也是巨大的，所以提升計(jì)量準(zhǔn)確性，確保持續(xù)的工作穩(wěn)定性是至關(guān)重要的，這些直接決定了當(dāng)前電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。當(dāng)前電力企業(yè)各大電網(wǎng)不斷發(fā)展，各類零件機(jī)組和高壓設(shè)備都在向著自動(dòng)化方向不斷推進(jìn)，隨著全國(guó)聯(lián)網(wǎng)的不斷深化，電力系統(tǒng)每日輸送的電能數(shù)越來(lái)越龐大，因?yàn)槠鋵?shí)現(xiàn)如今的商業(yè)化運(yùn)營(yíng)體系，必須要具備完善的工作體系，才能確保電力計(jì)量準(zhǔn)確，進(jìn)而才能保障行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展。而且電能表是負(fù)責(zé)對(duì)電能進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)量，是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理收納的平臺(tái)，但由于諧波的存在，會(huì)使得電能表更容易出現(xiàn)誤差，其讀數(shù)和實(shí)際情況不符合會(huì)嚴(yán)重影響電能的正常計(jì)量和結(jié)算。諧波是額定周期內(nèi)電氣量的正弦波分量，本身也具有自己專門的計(jì)算公式，現(xiàn)如今的計(jì)量系統(tǒng)已經(jīng)頗為成熟。電網(wǎng)中的諧波來(lái)源廣泛存在，有的是系統(tǒng)本身所攜帶的，有的是客戶的用電設(shè)備引入的。絕大部分系統(tǒng)所攜帶的諧波就是從輸變電過(guò)程中，由于當(dāng)前技術(shù)能力和材料、設(shè)備性能等原因，必然會(huì)存在和產(chǎn)生的。客戶方面的諧波來(lái)源，主要包括各種用電設(shè)備，包括電機(jī)類、中大型工業(yè)生產(chǎn)用加熱、動(dòng)力類設(shè)備等等。當(dāng)然也還有部分民用范圍的，例如日光燈等等，小型電子設(shè)備也會(huì)存在一定量的諧波?，F(xiàn)階段科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，很多新型的電力設(shè)備層出不窮，提升了當(dāng)前社會(huì)生產(chǎn)的工作效率，但也帶來(lái)了很多新型的用電設(shè)備和場(chǎng)景，直接對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行帶來(lái)了巨大的工作壓力，對(duì)電網(wǎng)工作提出了更高、更復(fù)雜的要求。而且電力諧波的存在，會(huì)使得電網(wǎng)可能發(fā)生諧振現(xiàn)象，這會(huì)導(dǎo)致和其直接相連的電氣設(shè)備出現(xiàn)運(yùn)行問(wèn)題，對(duì)設(shè)備產(chǎn)生明顯的損傷和損耗，大幅影響其運(yùn)行的穩(wěn)定性和壽命，會(huì)給企業(yè)帶來(lái)諸多的額外成本。而且出現(xiàn)諧振現(xiàn)象后，也會(huì)使得設(shè)備容易出現(xiàn)溫度過(guò)高等現(xiàn)象，容易帶來(lái)安全性方面的隱患；另一方面也會(huì)加速設(shè)備及其安全防護(hù)裝置的老化，也增加了生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)安全事故的概率。而且電力諧波還會(huì)引發(fā)過(guò)電壓，過(guò)電壓事故是非常嚴(yán)重的事故，會(huì)大面積損壞生產(chǎn)設(shè)施和居民用電設(shè)施，其不僅會(huì)影響工作效率，降低電能計(jì)量的準(zhǔn)確性，更主要的是會(huì)損害設(shè)備并造成非常嚴(yán)重的安全隱患堆積。隨著社會(huì)和科技的不斷進(jìn)步，現(xiàn)如今，很多電子技術(shù)和電子設(shè)備都在各行各業(yè)中，不斷地被應(yīng)用提升工作效率的同時(shí)，也需要注重設(shè)備的安全，確保工作人員生命財(cái)產(chǎn)安全。

2 現(xiàn)狀

現(xiàn)如今國(guó)際上很多地區(qū)的電力系統(tǒng)都飽受電力諧波污染，對(duì)整個(gè)電力供應(yīng)體系造成了極大的影響和損害。所以在20世紀(jì)末，我國(guó)很多相關(guān)單位成立了高次諧波分會(huì)、專業(yè)委員會(huì)等對(duì)電網(wǎng)諧波現(xiàn)象進(jìn)行全面調(diào)查，并分析其諧波來(lái)源，針對(duì)性的治理污染問(wèn)題。這項(xiàng)政策的實(shí)施，也是因?yàn)楣ぷ鲉挝幻鞔_了電力諧波的重要危害，為了避免電能計(jì)量工作失去準(zhǔn)確性，為國(guó)家發(fā)展帶來(lái)制約?，F(xiàn)如今的工作單位，都在努力的制定和執(zhí)行相關(guān)政策。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)目前部分鐵路其供電負(fù)荷大幅上漲，每年因?yàn)樨?fù)荷問(wèn)題所損失的電量不計(jì)其數(shù)，設(shè)備損耗量?jī)H占損耗的兩成不到，其絕大部分損耗都是因?yàn)殡娏χC波現(xiàn)象導(dǎo)致的設(shè)備能源損耗[1]。因此，相關(guān)電力部門要根據(jù)現(xiàn)行的工作體系進(jìn)行不斷的實(shí)地調(diào)查，根據(jù)用戶的實(shí)際耗電情況來(lái)計(jì)算諧波的損耗總能，要通過(guò)實(shí)驗(yàn)明確在沒有諧波條件下的實(shí)際電能損耗量，二者相互對(duì)比，判斷其重要性，并針對(duì)性的制定解決方案和策略，減少電力諧波導(dǎo)致的能源損害?，F(xiàn)階段電網(wǎng)中存在著諸多諧波污染事件，影響著電力公司的發(fā)展，所以今后在電價(jià)制定方面，必須要將諧波問(wèn)題考慮進(jìn)去，通過(guò)對(duì)自身營(yíng)收情況以及諧波危害性的詳細(xì)分析，合理的制定電價(jià)，并具備優(yōu)化改良的性質(zhì)。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，根據(jù)實(shí)際情況，再有針對(duì)性的進(jìn)行體系改良。而且隨著當(dāng)前電力技術(shù)的不斷發(fā)展，電力諧波帶來(lái)的污染問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，所以電能表能否在這樣的環(huán)境下繼續(xù)穩(wěn)定可靠的正常工作，用戶的用電量成為了主要研究的話題。

3 電力諧波產(chǎn)生的原因

電力諧波都是因?yàn)楫?dāng)前電力設(shè)備越來(lái)越多樣化，越來(lái)越復(fù)雜，且使用量不斷增加，其內(nèi)部的電子零件和設(shè)備都按照自己所需的工作頻率進(jìn)行工作。比如：大功率整流器、中頻爐、變頻器、劣質(zhì)節(jié)能燈，等等，這類設(shè)備的工作電流與電壓不成正比，它們稱為非線性負(fù)載。非線性負(fù)載在工作時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生諧波（50Hz基波以外的成分，比如100Hz、150Hz、200Hz……）。電力諧波的來(lái)源：電力諧波所攜帶的電壓都會(huì)在非線性設(shè)備中，一旦其內(nèi)部的工作電流與電壓不成正比，就會(huì)產(chǎn)生諧波，隨著電網(wǎng)上非線性設(shè)備的增多，產(chǎn)生的諧波也越來(lái)越多，在電力線上傳輸，逐漸累積匯聚，進(jìn)而產(chǎn)生諧波現(xiàn)象[2]。

4 電力諧波的危害

電力諧波所造成的危害有很多種，首先它會(huì)對(duì)設(shè)備中的電機(jī)設(shè)備造成影響，電氣設(shè)備是不斷轉(zhuǎn)動(dòng)的，但是在磁力的影響下，其流動(dòng)會(huì)存在阻礙，而且還會(huì)產(chǎn)生渦流和集中等現(xiàn)象，使其能源損耗率不斷提升，甚至?xí)斐稍O(shè)備磨損。其次，出現(xiàn)諧波信號(hào)后，整個(gè)變壓器的工作會(huì)受到非常嚴(yán)重的影響，當(dāng)其額定電流限度超過(guò)一定水平時(shí)，其電流便會(huì)出現(xiàn)異常流動(dòng)，進(jìn)而受到異常放大現(xiàn)象，這就會(huì)直接影響到變壓器的壽命。最后對(duì)于整個(gè)電容器的影響，電力諧波一旦出現(xiàn)，會(huì)使得電容器無(wú)法正常安全運(yùn)行，這就會(huì)對(duì)周圍的員工造成威脅，極有可能損傷其生命財(cái)產(chǎn)安全，是非常不可取的。最后電力諧波一旦出現(xiàn)，還會(huì)影響工作現(xiàn)場(chǎng)的通信線路，通常會(huì)造成通話質(zhì)量不佳，雙方無(wú)法有效傳遞信息，也有可能會(huì)使得通訊設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)信號(hào)紊亂，進(jìn)而導(dǎo)致線路受損等問(wèn)題[3]。

5 對(duì)電能表計(jì)量工作的影響

5.1 影響準(zhǔn)確性

電子式電能表在使用過(guò)程中會(huì)根據(jù)不同的測(cè)量信號(hào)形成不一樣的信號(hào)，響應(yīng)這樣的信號(hào)，響應(yīng)會(huì)直接為工作人員反饋相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而達(dá)到精準(zhǔn)計(jì)量的目標(biāo)，所以電能表在進(jìn)行電能計(jì)量時(shí)會(huì)存在某些不可控的偏差。因?yàn)檎麄€(gè)電流諧波具有相交的特點(diǎn)，一旦多種電流信號(hào)或異常功率電壓發(fā)生特殊波動(dòng)，就會(huì)在相交處形成諸多不同的諧波，影響設(shè)備使用情況，同樣也會(huì)使得電能表計(jì)量出現(xiàn)極大的誤差。所以在日常工作過(guò)程中，如果電子諧波較小，所產(chǎn)生的計(jì)量誤差較小的，可以忽略不計(jì)。但如果達(dá)到額定值，就會(huì)使得整體結(jié)果偏差過(guò)大，后續(xù)工作無(wú)法再正常借助其參考價(jià)值，需要被重視。而且電子式電能表在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，其內(nèi)部的電流和電壓都需要進(jìn)行及時(shí)測(cè)量，并通過(guò)傳感器將相應(yīng)的信號(hào)反饋到電子式電能表中，所以傳感器的運(yùn)行情況也確保了后續(xù)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確與否，也應(yīng)該被認(rèn)真對(duì)待。而且現(xiàn)如今的電子式電能表及計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性會(huì)受到直接的影響，而且信號(hào)發(fā)生器便后電力諧波也會(huì)轉(zhuǎn)化為不同的比例，使得電能表計(jì)量數(shù)據(jù)發(fā)生大量異常波動(dòng)，造成極大的誤差[4]。

5.2 影響合理性

通過(guò)電能表設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)量的電能都是基礎(chǔ)電能，其等同于電力諧波所損耗，電能總和其中波段不同的電力諧波器電能因?yàn)榉锨闆r不同會(huì)使諧波產(chǎn)生不同方向。目前我國(guó)電力企業(yè)希望用戶可以使用基波電流，這樣電網(wǎng)系統(tǒng)可以采取相對(duì)成熟的電壓管控體系，有效的降低線路的負(fù)荷，確保電力供應(yīng)的穩(wěn)定。但我國(guó)現(xiàn)如今大部分電力用戶所使用的都是非線性電力負(fù)荷供應(yīng)體系，這就會(huì)使得諧波電流會(huì)順著電網(wǎng)的方向不斷流動(dòng)，造成大量的工作壓力[5]。

6 優(yōu)化措施

6.1 實(shí)施全能量電能計(jì)量法

電力系統(tǒng)中電能表進(jìn)行電能計(jì)量室功率是較大的，采取全能量電能計(jì)量法，可以有效的配合電子式電能表，極大的降低電能表計(jì)量誤差。但是在使用過(guò)程中需要注意電子式電能表，同時(shí)也會(huì)引發(fā)諸多電流諧波，這也會(huì)對(duì)其精確度造成一定影響。所以需要按照規(guī)章制度進(jìn)行合理使用，并要盡可能使用非線性電力，確保電能計(jì)量數(shù)據(jù)減少，避免出現(xiàn)電力諧波時(shí)，由于系統(tǒng)信息處理能力不足，導(dǎo)數(shù)據(jù)偏差。

6.2 基波電能計(jì)量

根據(jù)以上對(duì)基波電能的不斷研究，主要的技能用戶都是線性符合用戶，并且他們的電能計(jì)量方式都具有自身獨(dú)特的體系，彼此之間大不相同，但是可以有效的避免線性符合用戶繳納電費(fèi)失誤的現(xiàn)象。同時(shí)部分受電力諧波影響較大的工作系統(tǒng)和客戶，其本身安裝的電能表對(duì)電子式電能表的感應(yīng)數(shù)據(jù)敏感，并且其內(nèi)部的電流回路經(jīng)常會(huì)產(chǎn)諧波現(xiàn)象，在這種情況下，有效的進(jìn)行功率調(diào)整，并使用基波電能計(jì)量，可以避免電力諧波對(duì)計(jì)量數(shù)據(jù)造成影響。

6.3 選用合適的電能表

在利用電能表進(jìn)行電能計(jì)量工作時(shí)，對(duì)于電力系統(tǒng)某一數(shù)據(jù)收集考量點(diǎn)而言，如果電力諧波總值超過(guò)了我國(guó)電網(wǎng)所規(guī)定的額定數(shù)值變?cè)斐煞浅?yán)重的影響，因此也可以采用全新的準(zhǔn)確度相同的電磁感應(yīng)式電能表或者是新型的全電子式電能表，除此之外，還可以根據(jù)實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行判斷，是否可以采用多功能電能表，其本身都有自身獨(dú)特的特點(diǎn)，可以應(yīng)用在不同的場(chǎng)景中來(lái)彌補(bǔ)當(dāng)前工作系統(tǒng)的短板，實(shí)現(xiàn)計(jì)量準(zhǔn)確。現(xiàn)如今的系統(tǒng)可以有效的幫助電力諧波進(jìn)行分量，當(dāng)功率較大的設(shè)備向電力系統(tǒng)進(jìn)行連接時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的電力諧波，因此這種狀態(tài)下可以使用感應(yīng)式電能表精準(zhǔn)的記錄電力波消耗的電能所做的功，也就是所損耗的電量。如果在實(shí)際工作中，其本身設(shè)備出現(xiàn)了大量電力諧波時(shí)，就不適用感應(yīng)式電能表，而要使用全電子式電能表真實(shí)準(zhǔn)確的進(jìn)行電能計(jì)量工作，這樣才能確保各種狀態(tài)下都有合適的工作體系與之匹配，確保計(jì)量穩(wěn)定。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，因?yàn)楫?dāng)前工作模式和電力諧波影響力的不斷增大，電能表電能計(jì)量工作隨之不斷提升，嚴(yán)重影響了電力企業(yè)的發(fā)展。基于此，本文應(yīng)該采用科學(xué)合理的計(jì)量方法，行之有效的減少電力諧波的危害，幫助電力企業(yè)明確管理難點(diǎn)和優(yōu)化方向，為未來(lái)行業(yè)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步保駕護(hù)航。