谐波对电能计量的影响

电力18讯：    
新疆电力公司奎屯电业局  黄峰 霍晓燕 李保华

摘要：该文介绍了在不同条件下的感应式电能表和全电子式电能表在有谐波源企业中计量表计的正确使用，避免了企业既不按要求治理谐波，又因计量表计使用失准而给电力企业带来的双重伤害。

关键词：电力系统；谐波；电能计量

中图分类号：TM933.4 文献标志码：B 文章编号：1003-0867(2008)06-0016-02

近年来随着国家产业政策的调整和节能环保工作的不断推进，高耗能和对环境、电网污染较为严重的企业，在沿海和中东部地区已逐步关停或转产，一些如30万吨以下的小型炼钢、铁合金、大型起重吊装、牵引等设备的电力电子装置带来的谐波问题，对电力系统安全、稳定、经济运行构成潜在威胁，给周围电网运行带来极大影响。按国家对谐波的管理要求，企业进行谐波治理需投入数十至数百万的资金，使得一些中小企业借西部大开发招商引资时机，纷纷迁往西部边远经济欠发达省区，利用西部能源的相对充裕和对谐波管理的滞后，而谋求“发展”，而使西部电网变的更加脆弱。谐波是电网的一大公害。

电力系统中的主要谐波源可分为两类：一是含半导体的非线性元件，如各种整流设备、变流器、交直流换流设备、变频器等节能和控制用的电力电子设备；二是含电弧和铁磁非线性设备的谐波源，如交流电弧炉及铁磁谐振设备等。随着硅整流、电弧炉及可控硅换流设备的广泛使用和各种非线性负荷的增加，当正弦基波电压施加于非线性设备时，设备吸收的电流与施加的电压波形不同，电流因而发生了畸变，谐波电流注入到电网中，造成电压正弦波形畸变，这些设备就成了电力系统的谐波源。

1 对谐波的限值和对计量的要求

GB/T 14549《电能质量公用电网谐波》中明确给出了公用电网谐波电压的限制值，见表1。谐波电压的限制值参见GB/T 14549。

表1 公用电网谐波电压（相电压）



表2 电能表确定基本误差时的条件要求



工频整数倍数的谐波波形，对电能计量装置的准确计量产生了较大的影响。

DL/T 614-1997《多功能电能表》对谐波影响的要求：分别将含有10%的3次、5次谐波干扰源施加在多功能电能表电压线路，最大需量值误差的改变量应不超过0.2%，程序不应紊乱，内存数据不应丢失（测量单元为额定工作状态）。

2 计量电能表受谐波影响的误差

2.1 感应式电能表受谐波的影响

感应式电能表是靠电磁感应来产生转动力矩的，电能表工作时，电压线圈的电流所产生的磁通分为两部分，一部分是穿过铝盘并由回磁板构成回路的工作磁通，另一部分是不穿过铝盘而由左右铁轭构成回路的非工作磁通。而电流线圈所产生的磁通，两次穿过铝盘，并通过电流元件铁芯构成回路。由于电压线圈和电流线圈产生的交变磁通，在不同位置穿过铝盘，并在铝盘的不同位置感应出电流（涡流），此涡流与磁场相互作用便产生推动铝盘转动的力矩，铝盘转动与负载有功功率成正比。

电能表产生误差的原因很多，与系统高次谐波相关的体现为两个方面：

・电磁感应式电能表的设计只按基波考虑；

・由谐波和基波叠加而成的电压、电流波形发生畸变。

2.2 电子式电能表受谐波的影响

电子式电能表的工作过程如图1。


图1 电子式电能表的工作原理
全电子式电能表产生误差的因素，完全消除了感应式电能表的机械转动、元件磨损、倾斜度等的影响，但对其运行环境、元器件质量、电能质量、谐波频率的影响产生的误差也是多方面的。

3 谐波工况下的电能计量

3.1 谐波工况下的准确计量要求

随着电力市场改革的推进，电能作为一种商品已经全面走向市场化，电能表能否在各种工业状况下准确计量，逐渐受到了供用电双方的重视。

随着大功率非线性负荷的迅速增加，使得供电系统中电压、电流波形发生畸变，对电网造成了严重的影响，并使电能表计量的误差急剧增大。

在谐波工况下是否依然能够准确计量，成为对三相多功能电能表的必然要求。

3.2 谐波工况下的计量准确性

在实际的计量中，电力用户可以分为两类，即产生谐波的谐波源用户和不产生谐波的谐波受害者用户。

作为谐波源的用户，一方面产生了谐波功率，对电网造成了污染，另一方面，计费总电能为基波电能减去产生的谐波电能。作为正常使用的谐波受害者用户，一方面设备深受谐波危害，