谐波条件下感应系电能表计量误差分析

李　琦黑龙江省电力科学研究院

谐波条件下感应系电能表计量误差分析

李琦
黑龙江省电力科学研究院

在现在的生产生活用电量不断增加的形式下，电能表计量的准确性十分重要，它的合理性也会进一步影响发电方、供电方和用电三方之间的经济利益，同时也会影响三者之间的关系，除此之外，还可以进一步影响其交易的公平性。因此，进行感应系电能表计量误差分析十分有必要，本篇文章通过分析谐波对互感器的影响，进一步得出相关结论。这其中包含了对电容式电压互感器及电磁式互感器的影响分析，同时进行谐波条件下感应系电能表计量误差的讨论，再得出总结，提供给相关工作人员相关信息。

谐波；误差；电能计量；分析

对于感应系电能表来说，在多年的改进和完善以后，其可靠性和使用寿命得到加强，与此同时，其价方面的优势也得到利用。因此，要想判断评估感应系电能表在现代电能管理中的作用，就要评估其感应系电能表在谐波下的运行特性。对很多电能表生产企业进行调查分析后，得出如下结论：在对这些感应系电能表进行测量时，出现的误差有正有负，而其很少出现正误差的状况。而对于学者来说，他们知道的是感应系电能表具有负的、下降的频率特性，因此，这样实验结果便和其相矛盾。

1.谐波对互感器的影响分析

1.1谐波对电磁式互感器的影响分析。在图1里，电磁式电压互感器展示了其工作原理，通过绕组间电磁感应原理来完成操作。

图1　电磁式电压互感器原理图

从物理的分析来看，在上面的电磁式电流互感器原理图得出结论，在测量的电流线路里进行一定的绕组串联，而在其工作时，会使得二次回路闭合。对于电磁式电流互感器和PT两个角度来看，其进行工作都是通过电磁感应，所以都会有铁磁材料和线圈作为其工作的原材料，它们的工作频带比较窄，同时，其线性范围也会比较小，在铁心磁场的作用下，电磁式互感器在一次侧和二次侧之间的联系加强，从电磁式电流互感器方面来看，先建立电磁式互感器模型，然后进行数学描述。从电磁式电流互感器的角度来看，在分析其非线性特性的主要原因时可以进一步得出结论，是其涡流、磁滞以及饱和现象导致误差存在。然而，相关的学者会比较不容易注意到涡流和磁滞带来的非线性影响。

1.2谐波对电容式电压互感器的影响分析。通过图2我们了解到，其出现的是电容式电压互感器（CVT）的原理，其中，电容是参数C1、C2，而中间变压器是字母T，CVT的补偿电抗器是L，而CVT的阻尼装置及二次负荷的等效电阻及电感分别是参数Lf、R f和La、R a。在CVT空载时，T电流很小，图5是其简化的电路，在这其中，等效电源电压VM=（C1/（C1+C2））V1N；C1和C2的等值电容Ce= C1+C2；L1等值于L与中间变压器T的高低两侧漏感LT1、LT2之和；电阻R 1是参数C1、C2、L及T绕组等效直流电阻之和。电压比误差的公式如下（100%）:

电压角误差计算公式如下（'）:

图2　CVT原理图

在目前的发展中来看，我们主要是通过上述公式对电容式电压互感器的附加误差进行计算。结果可以看出是一个近似值，同时，电容式电压互感器逐渐扩散到一些负荷随频率波动而变化的频率敏感型器件，比方说，一些谐振阻尼器和速饱和电抗器型阻尼器，如果不对其误差进行分析，就会导致电容式电压互感器产生新的误差。

2.谐波条件下感应系电能表计量误差的讨论

在频率升高的情况下，感应系感应系电能表的频率特性曲线会呈现急剧下降的趋势，感应系电能表的频率在1khz时，所测得的实际电能量为10%。

不过，由于频率特性曲线具有一定的局限性，它在一定情况下说明的是单一特定频率下的误差情况，通过上面分析可以看出，和含有若干次谐波的电压电流共同作用于电能表的情况相比，这两种情况并不是完全相同。对于供电系统来说，其负载提供的总电功率的关系表达式如下所示：

通过上面的公式可以看出，在谐波条件下，感应系电能表在工作时产生的误差存在不确定性，极有可能是负数，只有小部分的可能为正数。通过对过去已有的文献分析，谐波对感应系电能表影响因素很多，列举的非线性负载多是电力电子负载，通过研究相关参考文献，结合所做实验结果看，主要有以下结论：（1）由于感应系电能表具有非线性的特性，致使其在多个不同频率谐波综合作用下，计量的电能量与各谐波电压电流单独作用时分别计量的电能量之和有一定的差距。（2）电压和电流发生畸变，即使电压误差小，也会发生比较大的电能计量误差，这样的状况发生是因为频率特性具有下降特征及感应系电能表磁路的非线性发生所导致的。

3.总结

对于现在的供电系统来说，要探究供电系统谐波污染的根源，那必然是非线性负载。在现在的发展中，尽管电子式电能表发展速度比较快，但是在稳定性的角度上来看，感应系电能表更有优势，不仅如此，在价格上感应系电能表也更有优势。在我国现在的发展中，现在对于供电系统谐波系统的关注度不断提高，而治理力度也在进一步加大，从治理的准度的层面来说，也在不断加强。感应系电能表是基表形成的各种机电式电能表，发挥着重要的作用，扮演着重要的角色，因此其在现在的电能管理里有巨大的发展空间。

［1］葛毅.电力谐波对电能表电能计量的影响研究［D］.重庆大学，2003.

［2］王莹，金镇浩.三角波比较式时分割乘算器的探讨［J］.电测与仪表，1987，3（12）:2－6.