建材发展导向２０１０年Ｏ８月 电力建设 谐波在电能计量装置中的影响 王维权 摘要：随着工业、农业和人民生活水平的不断提高，除了需要电能的大量增长外，电能质量及供电可靠性也日益受到人们的重视。 作为影响电能质量的一个重要因素——谐波逐渐被提到了议事日程中来。但在众多的谐波研究课题当中，只注重了谐波在电网中的影响 而忽视了对电能计量所带来的后果，从而使计量的公平性、公证性受到影响。本文主要从电能计量的角度对谐波进行了浅要分析。 关键词：谐波；计量；影响 １谐波的概念 谐波一般采用ＩＥＥＥ标准中（标准５１９—１９８１）进行的定义： 一定运行，电网的质量；使电容器的总运行电流变大、温度增高、寿 命缩短；使变压器的铜耗增大、铁耗增大、噪声增大；增加电动机 的附加损耗，降低效率，严重时使电动机过热并使出力减少；因 个周期性电气量的正弦波分量，其频率是基波频率的整数倍。 谐波而引起继电保护和自动装置误动和拒动，如相差高频保护 频繁启动发信号或误切线路、行波保护误跳闸、零序保护误跳变 压器、后备过流保护误跳变压器等。最多的事例是电气化铁道谐 主要分为高次谐波（频率是基波频率的整数倍数）、间谐波（频率 不为基波频率整数倍的正弦分量，也叫分数次谐波）、次谐波（低 于工频的间谐波）、旁频（在整数次谐波附近的非整数次谐波）四 类。 波引起１１０ｋＶ供电系统以及有关发变电站的保护和自动装置工 作失误，尤其是负序闭锁或负序启动元件，有的日误动百次以 上，引起保护误动致使大面积停电的事故也屡见不鲜。 ２谐波的起因分析 谐波的起因——谐波源，通常由非线性设备引起，包括传统 非线性设备如：变压器、电弧炉、旋转电机等；现代电力电子非线 性设备如：荧光灯、静止无功补偿器、变频器、三相电力变流器、 电气化铁道等。举例分析： ４电能计量表的频率特性 一般的电能计量表包括电磁式电能表和电子式电能表。 ４．１电磁式电能表 当无谐波（基波频率５０Ｈｚ）时，电磁式电能表的误差很小， 而当存在谐波时，随着频率的增长，电磁式电能表的测量误差呈 非线性负向增长。 喜 ２．１变压器 由于经济原因，变压器所使用的磁性材料通常在接近非线 性区域运行。在这种情况下，即使所加的电压是正弦的，变压器 的励磁电流也是非正弦的，因而包含谐波（主要是３次谐波）。同 样，如果励磁电流是正弦的，则电压就是非正弦的。在三相变压 器中，三角形联结或不接地星形联结使得零序的３倍数次谐波 电流不能流通。 ； ； ； 墓 耋 谦Ｉ ２＿２荧光灯 在荧光灯中，每隔半个周波电压被建立起来直到荧光灯被 点亮，点亮状态下荧光灯呈负电阻特性，其电流由感性的非线性 镇流器来，因此电流是畸变的。 ＿图２电磁式电能表频率特性 ∞ ▲ Ｐ＝Ｐｖ＋ ＫＨＰＨ Ｈ＝２ ４．２电子式电能表 电子式电能表基于时分割原理来设计，使得电子式电能表 的计量随频率的变化误差较小。电子式电能表由于频带较宽，对 基波电能和谐波电能都能较准确计量，但由于其将谐波功率和 图１电感式镇流器荧光灯电路图 基波功率同等对待，计量误差将会增大。 无论是电感式的镇流器还是电子镇流器，都会产生大量的 谐波，尤其是电子镇流器，谐波总畸变率ＴＨＤ远远大于３３％。对 于紧凑型荧光灯所配套的电子镇流器，其ＴＨＤ值很多都超过 １０ｏ％。 ．３谐波的危害 电力系统谐波造成电网污染，正弦电压畸变，影响线路的稳 Ｈ＝２ 一Ｉｌ０ 图３电子式电能表频率特性 ＝Ｐ ∑ＰＨ ＂２４３・ 电力建设 建材发展导向２０１０年Ｏ８月 式中：Ｐ ——全能量； Ｐ广基波能量。 Ｐ＝Ｐ ＝Ｐｒ－ Ｊ ＰＨ ｌ＝Ｐ广Ｊ∑Ｐｈ Ｉ Ｈ；２ ５谐波对计量的误差影响及结果分析 ５－４计量结果分析 当谐波存在且用电量较大时，采用基波电能或“全能量”计 ５．１计量值的理论分析 量电能都是不全面的，计量误差所导致的经济损失也是不容忽 理论上，电子式电能表电能计量值Ｐ 约等于基波电能与各 视的。 谐波电能矢量之和；而感应式电能表所计量的电能值Ｐ 是基波 （１）对于线性负载，用户多交电费（相比基波功率），当电能 电能与各次谐波电能的“部分”矢量之和（考虑谐波电能系数）， 表计量少于全能量（基波＋谐波功率），供电方少计电费。 比电子式电能表更接近基波电能，而一般也可认为电磁式表记 （２）对于非线性负荷，谐波功率的值需考虑相位情况，计量 的读数是基波量。 比较复杂。一般地，谐波源以发出谐波功率为主，则用户少交电 ∞ ∞ 、 １ 费，而电能表计量少于基波功率，供电方也少计费。 Ｐｏ＝Ｐ ＝Ｐｆ＋ ＰＨ Ｐｃ＝Ｐ￣ ＫＨＰＨ—ＰＦ Ｈ：２ Ｈ＝２ （３）电能表准确反映实际功率，即基波和谐波的综合功率， 在谐波量较小的情况下，上述误差可以忽略不计；但当谐波 称为全能量方式，也是目前国内的电能计量方式，使得在谐波下 量较大时，这两种表就不能适应要求了。 电能计量的准确性与合理性之间产生了矛盾。综合考虑对基波 ５．２谐波的流向分析 电能与谐波电能分别进行计量，如实反应电能计量的真实性和 线性负荷不是谐波源，不发出谐波，但系统中存在谐波源时 科学性，称为谐波电能计量方式。目前国内有多家公司生产出了 会吸收部分谐波功率；非线性负荷是谐波源，一般是将系统的部 专门针对谐波计量的电能表，在一些工业发达的地区已经尝试 分基波功率转变成为谐波功率发送到“系统”中。由于谐波功率 使用。 是有方向的，谐波功率是不能相互抵消的，基波功率总是由系统 注入负荷的（除了发电机等电力能源生产设备外），故上述两种 ６结束语 电能表在具体计量时会存在不同程度的误差。（如图示） 谐波治理需要长期的、统计性的监测工作，不仅考虑引入谐 波计量型电能计量方式和设备，还需要综合考虑各种补偿装置 的投入、产出和性能，同时通过修改和增加相关法规来处理谐波 情况下的电能计量问题，达到公平和节能的双重目的。 参考文献 Ｐ．．为基波功率；Ｐ 为谐波功率 ［１］罗安．电网谐波治理与无功补偿技术．中国电力出版社，２００６． 图４谐波流向图 ［２】欧阳森．配电网谐波检测、治理方案及其节能分析．２００６． 【３］杨啸天．电力系统谐波分析、测量、评估、计算与抑制及滤波新技术实 务全书．中国电力科技出版社，２００６． ● （作者单位：， 东电网四会供电局） ｌ 图５等效电路图 ５．３电子计量表的误差分析 （１）系统无谐波源，线性负荷的电量计量： Ｐ＝Ｐ ＝ＰＦ （２）系统无谐波源，非线性负荷的电量计量： Ｐ＝Ｐ＊＝Ｐｒ－∑ｌＰＨ Ｊ：Ｐ厂ｌ Ｐｈ ｌ Ｈ＝２ 但从按能量计费的角度来看，应该需要得到如下的计算结 果： ＰＪ＝Ｐ ＝Ｐ ∑ＩＰ．１：Ｐ ｌ∑Ｐｈ｝ １ｔ：２ （３）系统存在谐波源，线性用户的电量计量： Ｐ＝ ＝Ｐｒ｝∑ＩＰ Ｉ＝Ｐ￣－Ｉ∑Ｐｈ ｌＨ＝２ （４）系统存在谐波源，非线性用户的电量计量： ・２４４・
