论文部分内容阅读
摘 要：文章介绍谐波的危害及电能计量中存在的问题，分析谐波对电能计量的影响，最后提出减小电力谐波解对电能计量影响的措施。
关键词：谐波；电能计量；电能质量；电能表；措施
引言：
电力谐波在一定程度上，已经越来越影响到企业的安全生产和经济效益。电力谐波对继电保护装置、计算机、测量仪器以及通信系统均产生不利影响，同时，谐波的大小、方向、相角都会对波形产生不同程度的影响，谐波功率的大小和方向在一定程度上决定电能表的误差大小。电力谐波的存在，使得谐波功率被电能表所计量，导致各方经济效益受损。因此，电力谐波的研究是近年来的一个重要课题，研究电力谐波不仅仅关注电网运行安全可靠问题，还关系到用电效益、用电设备的寿命、生产产品的质量和合格率等。
1 谐波的危害及电能计量中存在的问题
1.1 谐波的危害
谐波对于电力系统中很多设备都会造成很大的危害，如电网中的计量装置、变压器、断路器、补偿装置、继电保护装置以及各种用电设备等。它主要的危害包括由于发热引起的不良影响、瞬间引起的不良影响以及谐波导致谐振引起的不良影响。
谐波会造成部分设备长期过热，在长时间不断累积作用下，可能会导致电动机、输电线路、电度表过热而绝缘老化、寿命缩短、误差加大，并且使得谐波造成的附加损耗成为电网损耗的主要部分。发电机、电动机、变压器的振动将变得剧烈、噪声加大，异步电动机转速会受到严重影响，甚至遭到损坏。对于电网中的电容器，谐波会增加介质损耗，损耗的大小与谐波次数成正比，高次谐波含量越大，谐波造成的损耗也就越大，电容器会因此而温度过高。温度的升高又会使电容器的介质损耗增加，如此恶性循环，就容易导致电容器热击穿。在电容器内部，谐波造成的暂态过电压会加剧介质的局部放电，放电持续增强，也是电容器更容易损坏的原因。对于继电保护装置、电容器组以及绝缘电缆来说，谐波过大可能会在瞬间时使绝缘介质损坏。若谐波为高次谐波，由于电力系统的网络拓扑结构非常复杂，容易造成局部的并联谐振和串联谐振，使得各元器件不能实现预定功能。谐波电流幅值几倍于正常电流，会对元件的安全造成威胁。同时，谐波会对通讯设备造成较大的干扰，可能导致传输的重要信息丢失，扩大故障范围。
1.2 电能计量中存在的问题
全能量计算方式是指计量基波电能和谐波电能的代数和。实际电力系统中电能计量过程中存在如下问题：
a.当负荷为线性，而供电为非正弦时，电能表计量的是基波电能和部分谐波电能，谐波不仅对用电设备有害，而且还使用户要多交电费，显然不合理；
b.当负荷为非线性时，非线性负载将产生谐波功率及电能并部分倒流入系统中，此时电能表计量的是基波电能减去倒流入系统的谐波电能；非线性负荷不仅产生谐波污染，而且还要少交电费，使得供电部门的经济效益受到损害；
c.当电源畸变、负荷为非线性时，情况比较复杂，负荷从电网吸收基波和谐波电能，同时也将有谐波流入电网，相当于a和b情况的综合。
2 谐波对电能计量的影响
2.1 谐波功率的计算
电网电压和电流由于受谐波的影响会产生不同的谐波电压和电流，从而产生相应的谐波功率Pn：
式中： Un为n次谐波电压； In为n次谐波电流； cos？渍n为n次谐波功率因数。
根据用户的性质不同谐波功率对电网来说有正负区别，当用户产生谐波时，对电网来说表现为负值，也就是输入到电网中去，而对于一般正常用户来说其表现为正值，表示用户吸收这部分谐波功率。由于实际管理中存在一定的不足，谐波的存在将对全能量计量产生影响。
2.2谐波对感应式电能表产生的影响
机械式电表是由驱动元件、转动元件、制动元件、轴承、计度器和辅助部件组成，是由交变电压和电流穿过电表转盘产生驱动力矩使之转动带动计数器字轮转动显示电量的，电流小时受摩擦阻力影响、电流大时受惯性影响，即使通过多种补偿调整，误差仍只能保证在±2%以内。感应式电能表的设计是以交流电基波作为基础的，电能表在计量时主要通过磁感应使得驱动元件产生力矩带动计度器计量电能，当系统存在谐波或用户用电设备产生谐波时，加在电能表上的电流、电压是谐波与基波进行叠加后发生畸变的电流和电压，在驱动元件所产生的磁感应也随畸变的电流、电压而不均匀，使得驱动元件上产生力矩突变，从而影响电能表的误差，所以谐波对感应式电能表（机械表）的误差影响较大。
2.3 谐波对电子式电能表产生的影响
目前随着智能电网建设加快，现代电子式电能表主要以智能电能表或多功能电能表为主，其结构由计量芯片、微处理芯片、通讯模块等部件组成，除具有精准的计量功能外，还具备本地和远程通信（及时、完整、准确获取用户用电信息）、远程停送电、异常报警、信息传输与交互等功能。电子式电能表是基波和谐波叠加量为基础来计算电能，对线性用户来说，它计量的电能为基波电能与谐波电能之和，谐波不仅有害，且其电能计入了谐波电量；而对非线性用户来说，产生谐波并将一部分送入电网，此时电能表计量的是基波电能与谐波电能之差，非线性用户产生的谐波不仅污染电网，还少计了电能。电子式电能表虽说克服了感应式电能表因机械转动、元件磨损、倾斜度等的影响，但也有不合理之處，目前主要是通过电能取样的区间频率分析，改善电能信号处理的方法，使谐波在计量中有被检测，并能进行二次和多次谐波的计量。
3 减小电力谐波解对电能计量影响的措施
针对电力谐波对电能表这一主要计量装置产生的不良影响，我们可以思考从以下几方面来减小其影响。一是加大谐波监测和治理力度。对现有电网和主要谐波源加以重点监测，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，实时分析掌握电网谐波情况，根据谐波污染情况及时治理；科学规划，避免谐波源一点接入，可研和规划设计严把准入关，对于想经高压接入电网的谐波含量超标的用户一票否决；严把业扩报装关口，严格审核用户负荷性质，对于非线性用户必须在方案中明确谐波抑制措施，且不通过验收不予接电。
二是科学确立电能计量方案。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；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。
三是进一步研究谐波解决方案。电气化铁路建设、风电和光伏发电等项目建设加快，电网污染也越来越严重，寄希望于有更好的谐波治理解决方分析比较法。即按照设备的工作原理，并结合实际的故障现象，通过比较分析进行判断，缩小故障范围，从而减少测量和检查等环节，提高故障排除速度。该方法适用于故障点的直接判定。
上述几种故障排除方法，在实际应用中既可以单独使用，也可以联合使用，可根据具体情况进行灵活选择。
4 结束语
综上，设备在运行的过程中，受各种因素的影响不可避免地会出现各类故障问题，当故障出现后，维修人员应当采取有效的检测手段找出故障，并通过相应的技术、方法在最短的时间内排除故障，使设备恢复正常运行。在未来一段时期，应当重点加大对设备电气故障排除技术的研究力度，除对现有的技术和方法进行改进与完善之外，还应研发一些新的方法，为电气设备的稳定、可靠运行提供强有力的技术保障。
参考文献
[1] 周堂浩，李静.化工企业电气设备与供电系统的运行维护措施[J].南方农机，2015，46（5）：66-67.
[2] 黄文忠.电气设备故障实例分析及对策[J].机电工程技术，2014，（10）：77-79.
[3] 武海涛.谐波对电能计量的影响[J].硅谷，2010，（24）：19-20.
[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.
关键词：谐波；电能计量；电能质量；电能表；措施
引言：
电力谐波在一定程度上，已经越来越影响到企业的安全生产和经济效益。电力谐波对继电保护装置、计算机、测量仪器以及通信系统均产生不利影响，同时，谐波的大小、方向、相角都会对波形产生不同程度的影响，谐波功率的大小和方向在一定程度上决定电能表的误差大小。电力谐波的存在，使得谐波功率被电能表所计量，导致各方经济效益受损。因此，电力谐波的研究是近年来的一个重要课题，研究电力谐波不仅仅关注电网运行安全可靠问题，还关系到用电效益、用电设备的寿命、生产产品的质量和合格率等。
1 谐波的危害及电能计量中存在的问题
1.1 谐波的危害
谐波对于电力系统中很多设备都会造成很大的危害，如电网中的计量装置、变压器、断路器、补偿装置、继电保护装置以及各种用电设备等。它主要的危害包括由于发热引起的不良影响、瞬间引起的不良影响以及谐波导致谐振引起的不良影响。
谐波会造成部分设备长期过热，在长时间不断累积作用下，可能会导致电动机、输电线路、电度表过热而绝缘老化、寿命缩短、误差加大，并且使得谐波造成的附加损耗成为电网损耗的主要部分。发电机、电动机、变压器的振动将变得剧烈、噪声加大，异步电动机转速会受到严重影响，甚至遭到损坏。对于电网中的电容器，谐波会增加介质损耗，损耗的大小与谐波次数成正比，高次谐波含量越大，谐波造成的损耗也就越大，电容器会因此而温度过高。温度的升高又会使电容器的介质损耗增加，如此恶性循环，就容易导致电容器热击穿。在电容器内部，谐波造成的暂态过电压会加剧介质的局部放电，放电持续增强，也是电容器更容易损坏的原因。对于继电保护装置、电容器组以及绝缘电缆来说，谐波过大可能会在瞬间时使绝缘介质损坏。若谐波为高次谐波，由于电力系统的网络拓扑结构非常复杂，容易造成局部的并联谐振和串联谐振，使得各元器件不能实现预定功能。谐波电流幅值几倍于正常电流，会对元件的安全造成威胁。同时，谐波会对通讯设备造成较大的干扰，可能导致传输的重要信息丢失，扩大故障范围。
1.2 电能计量中存在的问题
全能量计算方式是指计量基波电能和谐波电能的代数和。实际电力系统中电能计量过程中存在如下问题：
a.当负荷为线性，而供电为非正弦时，电能表计量的是基波电能和部分谐波电能，谐波不仅对用电设备有害，而且还使用户要多交电费，显然不合理；
b.当负荷为非线性时，非线性负载将产生谐波功率及电能并部分倒流入系统中，此时电能表计量的是基波电能减去倒流入系统的谐波电能；非线性负荷不仅产生谐波污染，而且还要少交电费，使得供电部门的经济效益受到损害；
c.当电源畸变、负荷为非线性时，情况比较复杂，负荷从电网吸收基波和谐波电能，同时也将有谐波流入电网，相当于a和b情况的综合。
2 谐波对电能计量的影响
2.1 谐波功率的计算
电网电压和电流由于受谐波的影响会产生不同的谐波电压和电流，从而产生相应的谐波功率Pn：
式中： Un为n次谐波电压； In为n次谐波电流； cos？渍n为n次谐波功率因数。
根据用户的性质不同谐波功率对电网来说有正负区别，当用户产生谐波时，对电网来说表现为负值，也就是输入到电网中去，而对于一般正常用户来说其表现为正值，表示用户吸收这部分谐波功率。由于实际管理中存在一定的不足，谐波的存在将对全能量计量产生影响。
2.2谐波对感应式电能表产生的影响
机械式电表是由驱动元件、转动元件、制动元件、轴承、计度器和辅助部件组成，是由交变电压和电流穿过电表转盘产生驱动力矩使之转动带动计数器字轮转动显示电量的，电流小时受摩擦阻力影响、电流大时受惯性影响，即使通过多种补偿调整，误差仍只能保证在±2%以内。感应式电能表的设计是以交流电基波作为基础的，电能表在计量时主要通过磁感应使得驱动元件产生力矩带动计度器计量电能，当系统存在谐波或用户用电设备产生谐波时，加在电能表上的电流、电压是谐波与基波进行叠加后发生畸变的电流和电压，在驱动元件所产生的磁感应也随畸变的电流、电压而不均匀，使得驱动元件上产生力矩突变，从而影响电能表的误差，所以谐波对感应式电能表（机械表）的误差影响较大。
2.3 谐波对电子式电能表产生的影响
目前随着智能电网建设加快，现代电子式电能表主要以智能电能表或多功能电能表为主，其结构由计量芯片、微处理芯片、通讯模块等部件组成，除具有精准的计量功能外，还具备本地和远程通信（及时、完整、准确获取用户用电信息）、远程停送电、异常报警、信息传输与交互等功能。电子式电能表是基波和谐波叠加量为基础来计算电能，对线性用户来说，它计量的电能为基波电能与谐波电能之和，谐波不仅有害，且其电能计入了谐波电量；而对非线性用户来说，产生谐波并将一部分送入电网，此时电能表计量的是基波电能与谐波电能之差，非线性用户产生的谐波不仅污染电网，还少计了电能。电子式电能表虽说克服了感应式电能表因机械转动、元件磨损、倾斜度等的影响，但也有不合理之處，目前主要是通过电能取样的区间频率分析，改善电能信号处理的方法，使谐波在计量中有被检测，并能进行二次和多次谐波的计量。
3 减小电力谐波解对电能计量影响的措施
针对电力谐波对电能表这一主要计量装置产生的不良影响，我们可以思考从以下几方面来减小其影响。一是加大谐波监测和治理力度。对现有电网和主要谐波源加以重点监测，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，实时分析掌握电网谐波情况，根据谐波污染情况及时治理；科学规划，避免谐波源一点接入，可研和规划设计严把准入关，对于想经高压接入电网的谐波含量超标的用户一票否决；严把业扩报装关口，严格审核用户负荷性质，对于非线性用户必须在方案中明确谐波抑制措施，且不通过验收不予接电。
二是科学确立电能计量方案。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；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。
三是进一步研究谐波解决方案。电气化铁路建设、风电和光伏发电等项目建设加快，电网污染也越来越严重，寄希望于有更好的谐波治理解决方分析比较法。即按照设备的工作原理，并结合实际的故障现象，通过比较分析进行判断，缩小故障范围，从而减少测量和检查等环节，提高故障排除速度。该方法适用于故障点的直接判定。
上述几种故障排除方法，在实际应用中既可以单独使用，也可以联合使用，可根据具体情况进行灵活选择。
4 结束语
综上，设备在运行的过程中，受各种因素的影响不可避免地会出现各类故障问题，当故障出现后，维修人员应当采取有效的检测手段找出故障，并通过相应的技术、方法在最短的时间内排除故障，使设备恢复正常运行。在未来一段时期，应当重点加大对设备电气故障排除技术的研究力度，除对现有的技术和方法进行改进与完善之外，还应研发一些新的方法，为电气设备的稳定、可靠运行提供强有力的技术保障。
参考文献
[1] 周堂浩，李静.化工企业电气设备与供电系统的运行维护措施[J].南方农机，2015，46（5）：66-67.
[2] 黄文忠.电气设备故障实例分析及对策[J].机电工程技术，2014，（10）：77-79.
[3] 武海涛.谐波对电能计量的影响[J].硅谷，2010，（24）：19-20.
[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.