简析电力谐波对电能计量的影响

裘星

【摘要】当前，随着电网建设规模的不断扩大以及接入的非线性用户增多，从而产生了大量的电力谐波，对电能计量带来了较大的影响。因此，本文首先分析了电力谐波产生的主要原因和危害，在此基础上对电力谐波对电能计量产生的主要影响及有效的防治对策进行了探讨。

【关键词】电力谐波；电能表；电能计量；影响；对策

一、引言

随着我国经济水平的不断提升，电网建设规模也在不断扩大，同时接入的非线性用户也在不断增多，从而产生了大量的电力谐波。电力谐波的产生不仅会对电能的计量产生较大的影响，而且还会造成计量泄漏的现象，从而对电力的安全带来了较大的威胁。谐波是一个周期性电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍。由于频率是基波频率的整数倍数，我们也常称谐波为高次谐波，对谐波次数的定义为以谐波频率和基波频率之比表达的整数。习惯上，规定电力系统工频为基波频。因此，本文对相关的内容进行了探讨。

二、电力谐波产生的主要原因及危害

（1）电力谐波产生的原因

当前电力谐波产生的主要原因有以下三个：

1）用电设备中采用的整流晶闸管。应用整流晶闸管的主要是开关电源、电力机车、充电装置以及铝电解槽等等，都得到了非常广泛的应用，而在使用过程中都会产生大量的电力谐波。同时，对于电弧炉、电石炉等，会因为三相负荷的不平衡而产生电力谐波，从经变压器注入电网。

2）输电系统。在我国的电网中，其输电系统也会产生相应的电力谐波，究其原因主要是由于在输电系统中的变压器里面，会因为变压器铁心的饱和，使得磁化电流呈现出尖顶波形，从而产生电力谐波。

3）发电机的电源质量。如果发电机的电源质量不高时，也会相应地产生电力谐波，主要是因为发电机主要是因为三相绕组而成的，这在制作上是很难绝对对称的，因此，其发电机的铁心也难做到均匀一致。因此，其产生的电源多少也会带有少量的谐波。

（2）电力谐波的危害

一般情况下，产生的电力谐波不仅可以对电磁环境产生影响，而且还可以对电气设备和用电效率产生较大的影响，严重时还会对电力系统的安全运行产生极大的影响。电力谐波产生的危害主要有，首先，会在谐波电流和电机旋转磁场相互作用产生脉动转矩使电机产生机械振动、噪声、过电压。在该种情况下，就会使得电气设备产生过热和绝缘老化的现象，从而对电气设备的正常工作产生影响；其次，电力谐波会对传输的信号产生干扰，从而使得传输的通信信号质量降低，对信号的正常传输产生较大的影响，严重时还会对通信设备带来较大的损害；第三，谐波电流比例较小，但是有效电阻能够使谐波增大，特别是有铁心的电气设备中铁心磁滞损耗和涡流损耗也会增大，而且能够使得设备的温度升高，降低其使用寿命。

三、电力谐波对电能计量产生的主要影响

（1）对感应式电能表计量的影响

为了保证电能表能够有准确的计量，电能表需要工作在三相平衡、电压、电流为纯正弦波而且频率在工频附近很窄的范围内。当前，我国电力建设速度明显加快，供电系统中的电流、电压都发生了不同程度的畸变，其中尤以电力谐波对感应式电能表产生的影响最大。根据实践数据统计，如果感应式电能表的安装点存在着电力谐波的时候，其基本忽略 5 次以上的高次谐波功率， 一般少计量 3 次谐波功率 5%～30%，5 次谐波功率80%～95%。究其原因，主要是因为感应式电能表的转盘涡流路径的等效阻抗及其阻抗角随频率的增高而增大。当线圈电流一定时，电流工作磁通随频率增加而减小，存在谐波功角偏移；当线圈端电压一定时，电压工作磁通和频率的乘积随频率的增加而减小。同时，还需要注意的是，由于磁化曲线的非线性特点，将会产生高次谐波，从而使得问题将会发生更加严重的局面。

（2）对电子式电能表计量的影响

电子式电能表的两个基本要素分别电压和电流，通过对它们进行一定周期的采样，并输入到集成电路中进行相应的计算，从而有效实现计量功能。电子式电能表的主要原理图如下所示：

图1 电子式电能表的原理结构图

可见，在电子式电能表的原理中，乘法器是其主要的核心部件，能够有效实现电压与电流的相乘运算，其准确度如何将会对整个电能表的测量精度产生较大的影响。时间分割乘法器是目前最为常用的乘法器。然后从乘法器输出的电压模拟量将会送到数字频率转换电路中，转换成与其成正比的脉冲数字量，最后输入到计数电路和驱动电路，完成功率测量。

和感应式电能表相比，其在精度、功能和应用方面都有着明显的优势。电子式电能表的曲线平坦，基本没有衰减，说明它具有宽频带响应，对基波的响应和高次谐波功率的响应是相同的。而且电子式电能表的频带较宽，可以同时准确计量基波与谐波的电能，在实践中，其能够同时实现对谐波和基波功率的同时计量，在这种情况下，就会带来畸变谐波的计量误差的增大。

四、降低电力谐波对电能计量的有效对策

（1）加强对谐波的监测和治理

针对电力谐波对电能计量带来的影响，首先应该加强对电力谐波的监测和治理力度，尤其要加强电力谐波产生源的重点监测，可以采用在有谐波源接入的变电站安装电能质量实时监测装置，组建谐波监控系统，以达到实时掌握电网谐波状况。在充分掌握了电力谐波产生源的情况后，要充分进行科学规划，坚决禁止想经高压接入电网的电力谐波含量超标的用户。而且还要加强对用户的负荷特征进行审核，如果用户为非线性的用户，必须提供明确的谐波抑制措施，而且在验收合格后才予以通电。

（2）确定科学的谐波解决方案

针对谐波源用户来说，远离谐波源设置计量点，对于产生谐波较重的电厂或用户，尽量选择谐波小的线路端作为关口计量点，降低谐波对计量装置的影响；同时还要选用高精度、高稳定性和高可靠性的多功能电能表作为关口计量表。而且随着当前电气化铁路建设、光伏发电和风电等相关项目的进一步建设和发展，确定科学的谐波解决方案显得尤为必要。笔者相信，未来电能計量装置尤其电能表在合理计量谐波电量和抗谐波计量方面毕竟会有更大的突破。

五、结束语

总之，随着我国电网建设规模的不断扩大，电网中电力设备产生的电力谐波问题并不容易避免，也是一个不可完全消除的因素，会对电能计量带来较大的不良影响。因此，针对该种背景，供用电双方均应该提起对电力谐波抑制的重视，不断加强相关技术的研究和共管，以尽最大可能降低电力谐波给电能计量造成的不良影响。

参考文献

[1]邱陶歆. 电力谐波对电能计量的影响研究[D].华南理工大学，2012.

[2]黄明. 电力谐波对电能计量的影响与思考[J]. 南方农机，2015，07：72+74.

[3]张伟，郝彤. 电力谐波对电能计量的影响及应对措施[J]. 农村电工，2014，09：42.

[4]张志南. 电力谐波对电能计量影响的分析与探讨[J]. 电子世界，2014，14：147-148.

[5]李琳. 电力谐波对电能表电能计量的影响分析[J]. 硅谷，2015，04：195+192.

[6]黄思源，王曾伟. 浅析电力谐波对电能计量的影响[J]. 科技资讯，2013，34：103.

[7]刘座铭，吕项羽，常学飞，张宗宝. 电力谐波对电能计量的影响及治理措施[J]. 吉林电力，2013，02：32-34.