新疆電力公司奎屯電業(yè)局 黃峰 霍曉燕 李保華
摘要：該文介紹了在不同條件下的感應式電能表和全電子式電能表在有諧波源企業(yè)中計量表計的正確使用，避免了企業(yè)既不按要求治理諧波，又因計量表計使用失準而給電力企業(yè)帶來(lái)的雙重傷害。
關(guān)鍵詞：電力系統；諧波；電能計量
中圖分類(lèi)號：TM933.4 文獻標志碼：B 文章編號：1003-0867(2008)06-0016-02
近年來(lái)隨著(zhù)國家產(chǎn)業(yè)
政策的調整和
節能環(huán)保工作的不斷推進(jìn)，高耗能和對環(huán)境、電網(wǎng)污染較為嚴重的企業(yè)，在沿海和中東部地區已逐步關(guān)?；蜣D產(chǎn)，一些如30萬(wàn)噸以下的小型煉鋼、鐵合金、大型起重吊裝、牽引等設備的電力電子裝置帶來(lái)的諧波問(wèn)題，對電力系統
安全、穩定、經(jīng)濟運行構成潛在威脅，給周?chē)娋W(wǎng)運行帶來(lái)極大影響。按國家對諧波的
管理要求，企業(yè)進(jìn)行諧波治理需投入數十至數百萬(wàn)的資金，使得一些中小企業(yè)借西部大開(kāi)發(fā)招商引資時(shí)機，紛紛遷往西部邊遠經(jīng)濟欠發(fā)達省區，利用西部能源的相對充裕和對諧波管理的滯后，而謀求“發(fā)展”，而使西部電網(wǎng)變的更加脆弱。諧波是電網(wǎng)的一大公害。
電力系統中的主要諧波源可分為兩類(lèi)：一是含半導體的非線(xiàn)性元件，如各種整流設備、變流器、交直流換流設備、變頻器等節能和控制用的電力電子設備；二是含電弧和鐵磁非線(xiàn)性設備的諧波源，如交流電弧爐及鐵磁諧振設備等。隨著(zhù)硅整流、電弧爐及可控硅換流設備的廣泛使用和各種非線(xiàn)性負荷的增加，當正弦基波電壓施加于非線(xiàn)性設備時(shí)，設備吸收的電流與施加的電壓波形不同，電流因而發(fā)生了畸變，諧波電流注入到電網(wǎng)中，造成電壓正弦波形畸變，這些設備就成了電力系統的諧波源。
1 對諧波的限值和對計量的要求
GB/T 14549《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》中明確給出了公用電網(wǎng)諧波電壓的限制值，見(jiàn)表1。諧波電壓的限制值參見(jiàn)GB/T 14549。
表1 公用電網(wǎng)諧波電壓（相電壓）
表2 電能表確定基本誤差時(shí)的條件要求
工頻整數倍數的諧波波形，對電能計量裝置的準確計量產(chǎn)生了較大的影響。
DL/T 614-1997《多功能電能表》對諧波影響的要求：分別將含有10%的3次、5次諧波干擾源施加在多功能電能表電壓線(xiàn)路，最大需量值誤差的改變量應不超過(guò)0.2%，程序不應紊亂，內存數據不應丟失（測量單元為額定工作狀態(tài)）。
2 計量電能表受諧波影響的誤差
2.1 感應式電能表受諧波的影響
感應式電能表是靠電磁感應來(lái)產(chǎn)生轉動(dòng)力矩的，電能表工作時(shí)，電壓線(xiàn)圈的電流所產(chǎn)生的磁通分為兩部分，一部分是穿過(guò)鋁盤(pán)并由回磁板構成回路的工作磁通，另一部分是不穿過(guò)鋁盤(pán)而由左右鐵軛構成回路的非工作磁通。而電流線(xiàn)圈所產(chǎn)生的磁通，兩次穿過(guò)鋁盤(pán)，并通過(guò)電流元件鐵芯構成回路。由于電壓線(xiàn)圈和電流線(xiàn)圈產(chǎn)生的交變磁通，在不同位置穿過(guò)鋁盤(pán)，并在鋁盤(pán)的不同位置感應出電流（渦流），此渦流與磁場(chǎng)相互作用便產(chǎn)生推動(dòng)鋁盤(pán)轉動(dòng)的力矩，鋁盤(pán)轉動(dòng)與負載有功功率成正比。
電能表產(chǎn)生誤差的原因很多，與系統高次諧波相關(guān)的體現為兩個(gè)方面：
·電磁感應式電能表的
設計只按基波考慮；
·由諧波和基波疊加而成的電壓、電流波形發(fā)生畸變。
2.2 電子式電能表受諧波的影響
電子式電能表的工作過(guò)程如圖1。
圖1 電子式電能表的工作原理全電子式電能表產(chǎn)生誤差的因素，完全消除了感應式電能表的機械轉動(dòng)、元件磨損、傾斜度等的影響，但對其運行環(huán)境、元器件質(zhì)量、電能質(zhì)量、諧波頻率的影響產(chǎn)生的誤差也是多方面的。
3 諧波工況下的電能計量
3.1 諧波工況下的準確計量要求
隨著(zhù)電力市場(chǎng)改革的推進(jìn)，電能作為一種商品已經(jīng)全面走向市場(chǎng)化，電能表能否在各種工業(yè)狀況下準確計量，逐漸受到了供用電雙方的重視。
隨著(zhù)大功率非線(xiàn)性負荷的迅速增加，使得
供電系統中電壓、電流波形發(fā)生畸變，對電網(wǎng)造成了嚴重的影響，并使電能表計量的誤差急劇增大。
在諧波工況下是否依然能夠準確計量，成為對三相多功能電能表的必然要求。
3.2 諧波工況下的計量準確性
在實(shí)際的計量中，電力用戶(hù)可以分為兩類(lèi)，即產(chǎn)生諧波的諧波源用戶(hù)和不產(chǎn)生諧波的諧波受害者用戶(hù)。
作為諧波源的用戶(hù)，一方面產(chǎn)生了諧波功率，對電網(wǎng)造成了污染，另一方面，計費總電能為基波電能減去產(chǎn)生的諧波電能。作為正常使用的諧波受害者用戶(hù)，一方面設備深受諧波危害，另一方面，計費總電能為基波電能加上吸收的諧波電能。
4 諧波測量功能的實(shí)現
4.1 總電能脈沖輸出框圖
總電能脈沖輸出框圖見(jiàn)圖2。
圖2 總電能脈沖輸出框圖4.2 諧波電能脈沖輸出框圖
諧波電能脈沖輸出框圖見(jiàn)圖3。
圖3 諧波電能脈沖輸出框圖5 多功能電能表諧波計量
全電子式電能表通過(guò)不斷演變，由原來(lái)的單片機技術(shù)發(fā)展到采用大容量CPU、漢字點(diǎn)陣字庫，以及A/D+DSP+CPU形式，不斷完善獨立、固化的計量專(zhuān)用芯片，并逐步拓展大量程、寬量限電能表，滿(mǎn)足不同方式的計量需要；現以諧波多功能表為例，介紹諧波計量的特點(diǎn)。
5.1 諧波計量電能表的主要特點(diǎn)
·帶有諧波功率測量并能指示諧波潮流方向；
·具有測量與基波方向一致/相反的諧波有功電能，基波有功電能、基波無(wú)功電能、實(shí)際消耗電能、總電能的功能；
·時(shí)鐘自帶溫度補償，在停電時(shí)同樣能進(jìn)行溫度補償，在-40～+70℃范圍內，時(shí)鐘精度優(yōu)于0.5s/d；
·具有備用時(shí)段功能；
·RS485能實(shí)現波特率自適應功能；
·能實(shí)現自動(dòng)校表。
5.2 諧波計量測試情況
電能表在諧波工況下，當諧波電能方向與基波電能相反時(shí)，基波電能與諧波電能的代數和與標準表的總電能一致，而消耗電能等于基波電能與諧波電能的絕對值之和。
當諧波電能方向與基波電能相同時(shí)，消耗電能與標準表的總電能一致。
電能表在諧波工況下的電壓、電流有效值，基波功率和諧波功率與理論值一致。
電網(wǎng)的高次諧波對電能計量的準確性有影響，當諧波含量滿(mǎn)足國標規定時(shí)，誤差影響微小，當諧波含量超過(guò)國標規定時(shí)，無(wú)論是電磁感應式電能表還是全電子式電能表，誤差影響均較大；即諧波含量愈高影響量越大，電能計量誤差也越大。
為了合理計量用戶(hù)消耗的有功電能，在選用電量平衡統計和貿易結算電能表時(shí)，針對含高次諧波的線(xiàn)路和用戶(hù)，不僅要求用戶(hù)按國標的要求進(jìn)行諧波治理，還應選用具有計量諧波分量電能的多功能電能表。
對同一計量點(diǎn)，在諧波超過(guò)國標規定時(shí)，采用相同準確級別的全電子式電能表和電磁感應式電能表，計量電能量是有較大差別的；對大功率變流設備、電弧爐等產(chǎn)生高次諧波的電力負載用戶(hù)，為了只記錄負荷消耗的基波有功電能，用電磁感應式電能表比用同準確級別的全電子式電能表更合理。當諧波源來(lái)自電網(wǎng)時(shí)，前者數值較大；當諧波源是用戶(hù)時(shí)，則情況相反。
在電網(wǎng)中，無(wú)論諧波流向如何，當諧波從負載流向電網(wǎng)時(shí)，實(shí)際上是負載將電網(wǎng)中的基波經(jīng)過(guò)濾波和整流后，形成的諧波電流反送回電網(wǎng)，這是一種電能污染。全電子式電能表將負載（諧波源）消耗的基波有功電能和諧波源（負載）向電網(wǎng)返送的諧波有功電能（被污染的電能）進(jìn)行了代數相加，使得記錄的能量比負載消耗的基波有功電能量還要小，這是全電子式電能表計量原理上的不足之處。
