解析电力谐波对电能计量影响

郭欣

摘 要：随着我国经济的发展，大量的电力电子设备得到了应用和普及，对于电力的需求也在不断增加。为了维护电力供应企业和用户双方的合法利益，对电能的使用进行测量，保证用电的公平公开，是十分必要的。但是，电力谐波的存在，对于电力系统的电压、电流等产生了巨大的影响，使得电能计量的准确性难以保证。文章针对电力谐波的特点，分析了其对于电能计量的影响。

关键词：电力谐波；电能计量；影响

前言

国家电网工程的普及和完善，使得电力网络的覆盖范围越来越大，为人们的日常用电提供了便利。而社会经济的发展使得人们的生活水平不断提高，对于电力的需求也在日益扩大。为了维护电力用户的合法权益，保障我国电力行业的发展，必须加强电力的计量工作，切实保证电能计量的准确性。

1 电力谐波概述

1.1 概念

电力谐波，是对于交流电网中单一的工频频率不同的成分的统称，也就是说，与交流电网工频频率不同的波频，都可以称为谐波。

1.2 产生原因

电力系统中的电力谐波，主要来自以下三个方面：

（1）发电源的质量问题

就目前我国电力企业的发展情况看，大部分发电机都是在三相绕组的基础上制作的，很难做到绝对的对称，而发电机的铁芯也难以保证绝对的均匀和一致，导致发电机的质量受到一定的影响，在运行过程中产生谐波。一般来说，发电源产生的谐波极少，并不会影响系统的运行。

（2）输配电系统问题

输配电系统中谐波的来源主要是电力变压器。由于受到各种因素的影响，在对变压器进行设计时，通常都会将其工作磁密选择在饱和阶段上，以免出现容量过大造成的浪费。虽然使得变压器的经济性得到了保证，但是也使得其在工作中产生了相应的谐波电流。

（3）用电设备问题

用电设备产生的谐波，通常都是多次谐波的组合。一方面，来自于含有半导体的非线性元件，如变流器、换流设备等；另一方面，则来自于部分含电弧或者铁磁的非线性设备，如交流电弧炉等。

1.3 危害

电力谐波对于电力系统的危害是十分巨大的，也是多方面的，主要包括以下几种：

（1）输配电线路。首先，会影响线路的稳定运行。一般情况下，输配电线路都设置有相应的继电保护装置，对线路和设备的安全进行维护。但是，在谐波的影响下，继电保护装置难以充分发挥保护作用，从而产生误动或者拒动，威胁线路的稳定和安全。其次，会影响供电质量。电力谐波会使得电力网络中的电压和电流产生相应的畸变，使得电网的电压降低，浪费电网的容量，从而影响电力供应的质量。

（2）电力设备。一方面，电力谐波的存在，会导致电压和电流的变化，影响设备的使用安全，也可能导致设备过热，引起设备的绝缘老化，缩短设备的使用寿命；另一方面，由于谐波次数高频率上升，会导致线路的交流电阻增大，使得电缆的允许通过电流减小，影响电力的传输。

2 电力谐波对于电能计量的影响

当前我国的电力系统中，使用的电能计量设备一般都是感应式电能表和电子式电能表，部分地区使用了精准度更高、更加方便的智能电表，但是并没有得到普及，因此本文只对前两种电能表进行分析。

2.1 感应式电能表

感应式电能表的基本工作原理在于：当电流通过表中的电流和电压元件时，会与铝盘发生电磁感应，产生电磁力，进而推动铝盘转动，对电能进行计量。

而谐波电流的存在，会导致线路中的电流频率发生变化，从而对电能表产生影响，产生计量误差。误差产生的原因包括：

（1）谐波频率的影响。首先，电能表的转盘并非纯电阻，在其中含有感抗分量，在频率上升时，转盘的等效抗阻以及阻抗角会随之不断增大，从而使得电能表的转速变慢，测量结果低于实际耗电量；其次，电流线圈的磁通量会随着频率的增加而逐渐减小，从而导致驱动力矩减小，电能表的误差向负方向变化；然后负荷的补偿力矩与频率成反比，当频率升高时，补偿力矩减小，使电能表产生负误差，并且这种影响的大小随着负载大小的不同而不同，负载电流愈小，影响愈大。

（2）谐波功率的影响

①线性用户：基波由系统注入用户，与谐波的方向一致，因此电能表计量的是用户的实际用电量加上部分谐波电能，使得计量数值增大，不仅需要缴纳更多的电费，还会受到谐波的危害。

②非线性用户：基波与谐波的方向相反，用户向电网输送谐波分量，电能表计量的电能实际上是实际用电量减去部分谐波电能，计量数值减小，在污染电网环境的同时，却缴纳更少的电费。

2.2 电子式电能表

电子式电能表的基本工作原理是：通过对用户供电电压和电流的实时采样，采用专用的电能表集成电路，对采样电压和电流信号进行处理，转换成与电能成正比的脉冲输出，通过计度器或数字显示器显示出来。其优点在于具有良好的防窃电能力和较高的计量精度，负荷特性强，自身的功耗低，计量参数灵活性强，功能全面，属于目前我国应用最为广泛的电能计量设备。但是，由于电子式电能表的频带相对较宽，在计量时，会将基波功率与谐波功率同等对待，使得计量的误差增大，不过与感应式电能表相比，误差要小得多，在20倍频谐波的影响下，计量误差不会超过4%。与感应式电能表一样，在谐波的影响下，电子式电能表对于不同的用户也会出现不同的误差。对于线性用户，电子式电能表计量的数值实际上是基波与谐波之和，数值较实际偏大；对于非线性用户，电子式电能表计量的数值实际上是基波与谐波之差，数值较实际偏小。

3 相应的应对措施

针对电力谐波对于电能计量的影响，需要采取必要的措施进行处理，以保证用电的公平性。

3.1 对电能计量方式进行选择

就目前的技术条件而言，对于电力谐波并没有较好的处理办法，因此为了提高电能计量的准确性，可以从计量方式入手，采用宽频带电能表和工频基波电能表共同使用的方式，进行电能测量，不仅可以保证测量的准确性，还可以对谐波的大小和方向进行测量，从而有效减少谐波的排放，保证电力系统的安全运行。对于容易产生高次谐波的设备，如变流设备等，可以采用全电子式电能表，进行双向计量，将两个电能表的测量数值进行平均，就可以保证结果与实际用电量相同或相近。

3.2 引入智能电表

智能电表具备的智能化功能，可以对用户的实际用电量进行整理和对比，一旦发现异常会立即向用户发出警报信息，从而及时发现电量的异常，避免对于用户利益的侵害。

4 结束语

总而言之，电力谐波的产生是不可避免的，也是不可忽視的。在目前的技术条件下，电力谐波会影响电能计量的准确性，损害用户的合法利益，同时对电力系统造成巨大的危害。因此，电力工作人员必须充分重视起来，改进电力计量的方法，引进先进的技术，切实保证电能计量的准确性，保证电力系统的稳定和安全。

参考文献

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