电网谐波对电能计量的影响
广西电力 ２００６年第２期
电网谐波对电能计量的影响
Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｇｒｉｄ Ｈａｒｍｏｎｉｃｓ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍｅｔｅｒｉｎｇ
刘南平
ＬＩＵ Ｎａｎ—ｐｉｎｇ
（广西电力试验研究院有限公司，广西南宁５３００２３）
摘要：对比分析了全电子式与电磁感应式电能表在谐波情况下的计量差异；指出使用电磁式电能表是造成电网电量损失 的主要原因；提出了针对谐波源用户的计量方法。 关键词：电能计量；电量损失；电网谐波 中图分类号：ＴＭ９３０．１１４文献标识码：Ｂ文章编号：１６７１—８３８０（２００６）０１—００７２—０２
１ 引言
近年来，各行业以及家用电器、电铁牵引中许多 非线性负荷日渐增多，特别是一些大功率整流设备
和电弧炉的大量应用，导致电网中产生大量的高次 谐波电流，进而引起电压波形发生较大的畸变。电
能计量数据是发电企业、供电企业、电力用户之间进
行贸易结算的依据，它的准确与否直接影响到三者 的利益以及交易的合理性，因此研究电网谐波对电 能计量的影响是很有必要的。
２什么是谐波功率
由于谐波源用户的影响，电网电压和电流会由
于受影响的程度不同产生程度不同的谐波电压和电 流，同时产生相应的谐波功率，其平均有功功率芦
可由式（１）计算出：
∞ ： ×Ｉｎ×ＣＯＳ（ ） （１）
式中 ——谐波电压； Ｌ——谐波电流；
ＣＯＳ（‰）——谐波功率因数；
——谐波次数。 基波有功功率Ｐｌ可由式（２）计算出：
Ｐｌ＝ＵＩ Ｘ １１ Ｘ ＣＯｓ（ １） （２）
式中己厂 ——基波电压； ，１——基波电流。
谐波有功功率 由式（３）计算出：
Ｐ ＝ Ｘ Ｘ ＣＯＳ（‰） （３）
谐波功率根据用户的性质不同对电网来说是有
收稿日期：２００５ ０７ ０７：修订日期：２００５—１０—１ｏ 正负区别的，当用户产生谐波时，它对电网来说表现 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。 谐波功率对于任何电气设备都是有害的，它不
会产生任何效益只会危及设备的安全和使用寿命。
３电能表的工作原理
在电能计量方面，目前普遍采用电磁感应式电
能表和全电子式电能表。
３．１ 电磁感应式电能表的工作方式和误差特性
电磁感应式电能表（包括机电一体电磁感应式
电能表）是通过电磁感应组件来驱动机械记数装置，
把电能量记录下来。它产生误差的原因很多，与电 力高次谐波相关的体现为两个方面。
①电磁感应式电能表的设计是按基波考虑的。 在负载上当基波电压电流不变而又含有谐波时，电
能表电压线圈阻抗和转盘阻抗都会变化，导致电压 工作磁通和对应的电流磁通变化，从而影响电能表
的计量精度。
②当存在谐波电压与电流时，由谐波和基波叠 加而成的电压电流波形发生畸变，但由于对应铁心 导磁率的非线性，磁通并不能相应地成线性变化。
根据电路原理，只有同频率的电压和电流相互作用
才产生平均功率；根据电磁感应式电能表工作原理， 只有同频率的电压和电流产生的磁通相互作用才能
产生转矩，畸变的波形通过电磁组件以后，由于磁通
不与电流波形对应变化，导致转矩不能与平均功率
成正比而产生附加误差。
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有资料指出电磁感应式电能表最高只能计量５ 次谐波功率；虽然谐波功率对用户来说是无用和有
害的，但它也是发电单位用成本发出，供电企业用成 本供给，只不过被谐波源用户把它变成了有害的谐 波功率，因此无论如何在电能计量时应计及这部分
电能。根据兰州供电局和中国电力科学研究院 ２００２年共同完成的“兰州电网谐波对电能计量影 响”科技成果来看，他们得出结论指出“目前使用的
感应式电能表少计量电能约在０．３％～１．０％左右，
按平均估计值０．５％计算，初步估算全国每年将少 计量电量１．２５ １ｗ・ｈ，相当于人民币３．７５亿元。”
３．２全电子式电能表的有功计量方法殛误差特性
全电子式电能表计量有功就是用Ａ／Ｄ采样数 值计算的方法。 设交流电源电压、电流的瞬时值分别表达为 “（ｔ），ｉ（ｔ），则瞬时功率Ｐ（ｔ）和１个周期内平均功 率 下分别为：
Ｐ（ｔ）＝“（ｔ）・ｉ（ｔ） （４） １广Ｔ １广Ｔ ＰＴ＝ １ ｌ Ｐ（ｔ）ｄｔ＝寺ｌ“（ｔ）・ｉ（ｔ）ｄｔ（５） 』一０ 上一０ 将ｔ 时刻的电压电流瞬时值“（ｔ＾），ｉ（ｔ ），代入
式（４）得到ｔ 时刻的功率瞬时值：
Ｐ（ｋ）＝“（ｋ）・ｉ（ｋ） （６） 将一个周期丁等分为 份，根据积分的数值计 算方法，可将式（５）变为： Ｐ—Ｔ＝［“（ｔ１）ｉ（ｔ１）＋…＋“（ｔ ）ｉ（ｔ ）＋…＋
“（ ） （ｔｍ） １＝ －＇２
一。“（ｔｋ） （ｔｋ） （７）
令Ａｔ＝ｔｋ—ｔｋ—ｌ，则一个周期内的电能量ｗ为：
Ｗ＝［∑“（ｔ ）ｉ（ｔ ）Ａｔ］ （８）
当△ 一０时，式（８）则变为： Ｗ＝［１“（ｔ）ｉ（ｔ）ｄｔ （９） 一０ 全电子式的电能表就是根据（９）式的原理来生
产的，由此可见，全电子式电能表它可较为准确地计 量出包含有各次谐波功率的电能。
４结论
①电磁感应式电能表是按基波考虑设计的，由 于其铁心导磁率的非线性等原因，使得电磁感应式
电能表计量时，一般情况下它不能汁量５次以上的 谐波功率，因此用它来计量电能将产生误差，从而造
成较大的经济损失。 ②全电子式电能表则可较为准确地计量出包含 有各次谐波功率的电能，用它来计量将使电网的电
量损失减少，因此，目前广泛推广使用全电子式电能
表。 ③对于谐波源用户，电网谐波就是由于它们的 存在而产生，虽然全电子式电能表在计量时包含了 各次谐波的能量，但是由于谐波功率是流向电网的，
因此在计量这类用户的耗电时，如果是用全电子式 电能表计量，它所计量的能量是基波能量减去谐波
能量，并没有计量到流向电网的谐波功率。目前国 内有些专家提出，对谐波源用户除安装全电子式电
能表外还要加装一个谐波电能计量表，用来计量用 户所发出的谐波电能，然后根据其大小来进行罚款， 以惩罚其对电网的污染。
参考文献 ［１］ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｅｃ．ｏｒｇ．ｃｎ／ｎｅｗｓ／ｃｏｎｔｅｎｔ．ａｓｐ．兰州电网 谐波对电能计量影响科技项目通过鉴定．中国能源信 息网．２００２—１１—０７． ［２］唐福顺，禹仲明．基于电力谐波的电能计量分析［Ｊ］．湖 南电力，２００２，２２（５）：１３—１５＋
（上接第６５页） 细地测量炉膛燃烧温度，对锅炉进行优化燃烧调整
试验，尽可能降低炉膛燃烧温度。
３．２长期对策
①针对锅炉主汽温、再热汽温偏低和结焦问题， 对现有燃烧煤种重新进行热力计算校核，以确定受
热面是否偏低和进行燃烧器改造。
②通过合适的配煤技术，使配煤的燃烧性能、结 焦性能与原设计燃用煤种基本一致，尽量降低其结
焦性和粘结性指标，燃煤灰熔点控制在ＳＴ＜ｌ ３５０ ℃。采用燃烧器组中一层或两层燃烧器来燃烧有利 于抑制结渣的煤种，具体的分层燃烧比例可通过锅 炉运行优化系统进行在线优化而获得。
４结论
锅炉的结焦与煤质、锅炉结构及锅炉燃烧调整 等因素有密切关系，通过具体分析锅炉结焦原因并 采取有效对策，可以抑制锅炉结焦，改善锅炉运行工
况，提高锅炉效率。
参考文献 ［１］ＺＥＬＫＯＷＳＫＩ Ｊ．煤的燃烧理论与技术［Ｍ］．袁钧卢，张 佩芳译．上海：华东化工学院出版社，１９９０． ［２］冯俊凯，沈幼庭．锅炉原理及计算［Ｍ］＋（第二版）北 京：科学出版社，２００１．
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谐波对电力计量的影响及解决措施
谐波对电力计量的影响及解决措施
摘要：随着我国综合实力的不断增强，电力在我国的现代化建设过程中发挥着越来越重要的作用，保证电力工作实现长远平稳的发展是所有电力工作者的最大心愿，因此各电力公司采取相应的措施来保证电力体系的更加完善。谐波会对电力计量产生重大的影响，占据着十分重要的位置，随着科学技术的不断改进，电力计量的方法与设备也愈加规范、科学。本文基于实践工作的经验，对谐波给电力计量带来的影响和解决措施进行了有效的分析和思考，并提出了相应的问题与解决方措施。通过与各位进行分享，希望能够给广大的电力工作者提供一些帮助和指导，以此来促进我国电力事业的完善和发展。
关键词：电力谐波；电能计量；电能表
引言：在现代社会中，电能与我们的生活息息相关，小到家庭、大到国家，都离不开电这种能源。为了准确衡量出发电企业与用供电企业之间交换的电量情况，以及供电企业与用户之间的消费电能量的少，需要在安装准确的电能计量装置。然而在电能计量方面，由于受多种因素的影响，使得计量结果不够准确，直接影响了发电和供电企业以及用户之间的经济利益，其中谐波对电力计量的影响十分突出，因此探究谐波对电力计量的影响就具有十分重要的现实意义，需要相关的电力工作者保持必要的关注[1]。
1、谐波产生的原因
在当前的情况下，电力系统中产生谐波的原因可以概括为以下三个方面，分别是：
1.1发电源质量不高产生的谐波
现如今的阶段，基于制造工艺所带来的限制，使得发电机三相绕组的绝对对称是很难做到的，在这种情况下，就会在某种程度上导致谐波的产生。
1.2在输配电系统中也会产生一定量的谐波
由于磁化曲线的非线性，变压器铁心的饱和以及在设计变压器时过度重视经济效益，大多数工作磁密都在磁化曲线的近饱和段上，使得磁化电流的波形成尖顶形，产生奇次谐波，并且随着铁心的饱和程度的提升，变压器工作点离线性越来越远，因此产生的谐波电流也就越来越大。
谐波电能计算技术
一、谐波对电能计量的影响
近年来, 随着工业的发展和科技的进步, 电力系统中接入了越来越多的大容量电力设备、整流换流设备及其它非线性负荷, 这使得电力系统电压电流波形发生严重畸变。其原理是当正弦基波电压 (假设电源阻抗为零) 施加于非线性负荷时,
负荷吸收的电流与施加的电压波形不同, 于是发生了畸变。畸变的电流影响电流回路中的其它电力设备和负荷, 这些设备或负荷从电力系统中吸收的畸变电流可以分解成基波和一系列的谐波电流分量。系统中的高次谐波对仪用电压互感器和电流互感器准确进行一二次侧变换造成一定影响, 即二次侧输出的波形不能严格地和一次侧输入的波形符合从而造成误差。另外, 由于目前系统中的电能计量装置大多数还是利用电磁感应式原理的电能表, 在这种原理下设计的电能表是按基波情况考虑的, 通过电磁感应元件来驱动机械计数装置, 把电量值记录下来。电网中谐波的存在,使得电压电流波形发生畸变, 但感应式电能表的铁磁元件是非线性的, 磁通并不能相应地线性变化, 即感应式电能表只有同频率的, 电压和电流产生的磁通之间相互作用才能产生转矩,畸变的波形通过电磁元件之后,
磁通不能随波形对应变化, 导致转矩不能与平均功率成正比而产生误差, 从而影响电能表的测量精度。
（1）谐波对仪用互感器准确度的影响
谐波对电能计量的影响首先体现在仪用互感器上, 这是因为电能计量是针对经过电压互感器和电流互感器转换的弱信号进行的, 如果在转换过程中, 被计量的电信号波形发生了变化, 那么下一步的计量再准确也失去意义。系统中高次谐波的存在, 要求仪用互感器具有理想的频率特性, 即变比恒定, 不随频率的改变而改变。目前系统中应用的电磁式电流或电压互感器原来只用于对基波电压和基波电流的测量, 这些互感器对于工频下的工作特性和测量误差已被确定, 其变比误差和角误差能满足工程的要求, 但如果用测量基波的互感器测量谐波, 随着谐波频率的升高, 互感器受漏阻抗和涡流的影响也越来越大, 这时, 互感器对谐波信号的变换过程中误差也要增大, 从而降低了互感器的测量精度。
探讨三次谐波对电能计量及中性线的影响与治理
探讨三次谐波对电能计量及中性线的影响与治理
摘要：电能计量系统是专门用于统计供电公司销售电能和用户使用电能的数量，是供、用双方电能结算的依据，其计量结果的精确性和公平性直接影响双方的经济利益。随着电力技术的发展和进步，近年来非线性负荷大量使用，使得谐波电压、电流不断增加，对电网环境造成污染，增加运行成本。为了验证目前电能表在谐波环境下，其电能计量和电能质量测量等功能是否精确成为当下电力研究热点。本文分析了谐波对电能计量的影响原理，并结合实验测试，验证电能表在谐波下的计量影响程度。
关键词：三次谐波；电能计量；中性线；影响；治理
1三次谐波的概述
1.1三次谐波概念
三次谐波属于正弦波风量的一种，频率是复杂波基频的3倍。伴随社会的高速发展，民众与社会对于电能的需要与日俱增，加之类型丰富的电器也进入了民众的日常生活，同时取得了广泛普及，其中就有“非线性负荷”的电器，这将致使电力系统中电压、电流出现一些改变。在“傅里叶分解”电压、电流波形时，会发现50Hz，220V电力中存在一些150Hz交流的正弦波，其为50Hz的3倍，因此又被称作“三次谐波”。
1.2三次谐波的不良影响
（1）使电网出现发热的状况，严重时引发安全事故。（2）对电子元器件日常的使用和运行产生不良影响，致使其产生错误操作。（3）严重浪费电能。（4）严重缩短电力设施使用寿命。综上所述可知，三次谐波不仅仅会产生诸多危害，更会对电网整体的稳定性以及安全性产生严重的不良影响，进而影响民众的日常生产、生活有关活动、行为以及社会的和谐发展。所以，有关部门应当最大限度地采取合理措施，减少乃至避免三次谐波的危害。
1.3产生三次谐波的原因
在通常情况下，三次谐波所污染最为严重的，便为低压配电网。其中，致使三次谐波非线性负荷的主要原因包括了：（1）晶闸管电源、电弧焊接等。（2）使用彩色电视机和监视器：根据有关调查可知，这部分电气设施在日常的工作进程中，会具备极高含量的三次谐波。（3）使用变频器：人们在日常的生活阶段，如今会更多地使用洗衣机、空调以及微波炉等电气设备，而这部分设备一般都拥有“变频”的功能。（4）使用镇流器、荧光灯或者节能灯等：根据有关调查可知，这部分电器在日常的工作环节中一般都会拥有极大比例三次谐波的电流量。
电能计量中谐波对计量结果的影响及防范
总第２７０期 电力技术探讨 ＤＯＩ编码：１０．３９６９０．ｉｓｓｎ．１００７—００７９．２０１３．０１１．０９８ 电能计量中谐波对计量结果的影响及防范 锕珊珊 摘要：电能计量是电力系统收费的依据，而电网中谐波的存在，使电能计量结果的合理性与准确性受到较大的影响，进而直接影响 发、供、用电三方的经济利益及交易的公平性。针对这一实际问题，采用理论分析和仿真实验相结合的方法，探究谐波对电能计量结果 的影响，并在此基础上提出具体的防范措施，以期能更好地促进当前电力系统的安全、合理、有效运行。 关键词：电能计量；谐波；电能表 作者简介：何珊珊（１９８０－－），女，河北乐亭人，冀北电力有限公司唐山供电公司营销部综合室，工程师。（河北唐山０６３０００） 中图分类号：ＴＭ６０ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—００７９（２０１３）儿一０１９５—０２ 随着电力系统非线性用电负荷的Ｅｔ益增多，电力系统中的谐 波不断增加。电力系统谐波不仅对供电系统造成污染，对电力 设备构成危害，而且对电能计量结果产生较大的影响。电能表 作为电能计量的重要基本量具，电能计量结果的精度在很大程 度上是由电能表的计量准确度所决定的。由于谐波的存在使电 能表产生误差，造成电能表读数与实际所用负荷数不符，影响电 能的正确计量。其中，感应式电能表由于其计量原理的限制，对 于谐波条件下的电能计量有较大的计量误差，而电子式电能表 在谐波情况下也产生一定的计量误差。Ⅲ而且在谐波下，两种电 能表都存在计量准确性和合理性相互矛盾的问题。为此有必要 系统深入地研究在谐波影响下的电能计量方式和原理，对目前 电能计量中存在的问题提出合理的改进措施，以确保电能计量 准确，保障电力系统用户的利益和营运企业的经营效益。 一、谐波对电能计量影响的研究概述 １．谐波对电能计量影响的国内外研究概况 目前，国内外学者关于谐波对电能计量的影响进行了研究， 也取得一些成果，但缺乏系统和深入的理论研究和试验研究。由 于感应式电能表较电子式电能表出现得早，基于感应式电能表 相关的谐波对电能计量影响的研究成果相对较多，对电子式电 能表受谐波影响的研究尚不够深入也不够系统。嘲即便有了针对 感应式电能表的一些相关研究成果，但这些研究多是探讨谐波 对感应式电能表影响的研究，而且这些研究所基于的实验还不 够精确，不少研究成果从理论上推导出的感应式电能表的频率 响应模型也不够精确。在基于电子式电能表的相关研究基础上， 由于不同的电子式电能表计量方式也不同，即使在相同条件下， 所获得的结论也不尽相同，究竟哪种电能计量方法正确，尚有待 进一步进行研究。此外，谐波潮流在电网中流动而引起的谐波网 损特性问题，还需要进一步研究。只有搞清谐波网损的特性，才 能为谐波网损的准确计量奠定科学的理论基础。 ２．本文的研究方法 本文从理论上研究电力系统非线性负荷的基本特性和数学 模型，掌握各种非线性负荷产生的谐波特性；根据感应式电能 表和电子式电能表的基本结构和基本工作原理，研究系统供电 电源波形无畸变和畸变条件下，非线性负荷产生谐波或吸收谐 波的分布和谐波潮流；结合实际电力系统模型（线性负荷与非 线性负荷混合系统），计算谐波潮流的分布，并利用ＭＡＴＬＡＢ进 行仿真实验；选择谐波污染较为严重的有代表意义的观测点， 利用自行研制的配电网综合测量箱进行谐波测试和电能计量， 获取实际测试数据；在实时数字仿真系统（ＲＴＤＳ）上建立实际 电力系统模型，模型输出可控谐波电压和电流，经放大器输出接 人感应式电能表和电子式电能表，对不同谐波条件下的电能进 行计量，获取计量误差，与理论结果进行比较；根据理论研究、 仿真实验以及实时数字仿真系统（ＲＴＤＳ）模拟试验的结果，提 出结论性意见或改进方案。 二、谐波对电能计量结果的影响分析 笔者通过对包括大型钢铁 轧钢厂及电力机车牵引变电 站等在内的各种谐波污染较为严重的用户进行实地调研和收 集资料。根据现场调研的资料，建立非线性负荷的数学模型， 并根据现场测试数据和观测点的实际情况，在实时数字仿真 系统（ＲＴＤＳ）上进行现场模拟实验，模拟观测点的实际谐波情 况，经放大器将实际使用的感应式电能表和电子式电能表接 入模拟系统进行电能计量，分析计量误差，验证相关的理论 分析结果。在完成上述研究和试验后，根据理论分析、仿真实 验和ＲＴＤＳ模拟实验的结果，得出如下结论： 第一，研究谐波对电能表计量影响的重要依据是电能表 的频率特性，因此，电能表的频率特性曲线的稳定与否，在很 大程度上决定它在谐波功率下对电能计量误差影响的大小。 研究感应式电能表在谐波下的运行情况时发现感应式电能 表接人电路后，电能表的频率一旦发生变化，电能计量结果就 会出现误差。在相关实验分析的基础上，发现以上问题主要是 由如下几方面的原因所造成的：一是电能表的频率发生改变 时，非纯电阻的转盘就会产生感抗分量，这样就会引起转盘的 阻抗角和等效阻抗的改变，从而最终致使电能表的转速发生 改变，以至于电能计量结果产生误差；二是电能表频率的改变 会引发电流线圈磁通量的改变，而电流线圈磁通量的变化会导 致电流线圈驱动力矩的变化，从而也最终导致电能表转速的 改变，进而产生电能计量误差；三是随着频率的改变，电压线 圈磁通量也会发生相应的变化，从而使驱动力矩发生改变，电 能表误差也就会产生。 第二，研究感应式电能表在谐波下的运行情况时发现当检
电力谐波对电能计量的影响及治理措施
２０１３年４月 第４１卷 第２期（总第２２５期） Ａｐ１．２０１３ Ｖｏｌ＿４１ Ｎｏ．２（Ｓｅｒ．Ｎｏ．２２５）
电力谐波对电能计量的影响及治理措施
Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｈａｒｍｏｎｉｃ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｅａｓｕｒｅｓ
刘座铭，吕项羽，常学飞，张宗宝
（吉林省电力有限公司电力科学研究院，长春 １３００２１）
摘 要：针对电力谐波的相关标准及电能计量中存在的问题，研究了谐波对电能计量的影响，分析了谐波功率各运 行工况测试结果，利用实测数据具体论证谐波对电能计量的影响，并从管理和技术两方面提出了相应的治理措施。 关键词：谐波；电能计量；电能质量 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｏｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｅｎｅｒｇｙ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｓｔｕｄｉｅｄ ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｒｅｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｈａｒｍｏｎｉｃ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｅｎｅｒｇｙ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ｈａｒｍｏｎｉｃ ｐｏｗｅｒ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒｍｕｌａ ａｎｄ ｔｅｓｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｏｎ ｐｏｗｅｒ ｅｎｅｒｇｙ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｂｙ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｄａｔａ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｆｒｏｍ ｂｏｔｈ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｓｉｄｅｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈａｒｍｏｎｉｃ；ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｅｎｅｒｇｙ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｗｅｒ ｑｕａｌｉｔｙ 中图分类号：ＴＭ７１２ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００９—５３０６（２０ｉ３）０２—００３２—０３
三次谐波对电能计量及中性线的影响
２（／１９．０１科学技术创新一１９５一
三次谐波对电能计量及中性线的影响
汪旭祥李帆魏伟仇娟
（国网湖北省电力有ｌ￣ｔｔ＆，－司计量中心，湖北武汉４３００８０）
摘 要：在我国的电力系统中，供电频率通常为５０赫兹。随着社会发展与人民生产与生活活动对电力的需求，电网的负荷也 在不断加大。但是，那么在人们的生活与生产活动中使用了大量的节能灯以及大型显示器等设备，这导致电网产生了三次谐
波 而三次谐波不仅会导致电力设备的寿命降低，而且还会导致电能的消耗大大增加，除此之外，还会对电力设备的正常运行 带来严重的影响，甚至，－ｓｊ－￣ｇ会引起安全事故的发生，严重的影响者事会的正常发展与人民的正常生活与生产活动。本文首先对三
次谐波的基本概念以及产生原因和危害进行了详细的介绍。其次，将三次谐波对电能计量及中性线的影响进行了详细的分析与 阐述 最后，有针对性地提出了一些三次谐波污染的治理的措施与建议，可以为电力企业降低三次谐波的影响提供一定的借鉴与
参考
关键词：三次谐波；电能计量；中性线；治理措施
中图分类号：ＴＭ９３３．４ 文献标识码：Ａ
１三次谐波概述
１．１二三次谐波的基本概念
在我国的供电系统巾，人们对２２０Ｖ，５０Ｈｚ电力使，｛ｊ最为』 泛。在通常情况下，其电压波形与电流波形均为正弦波 但是随
着社会的不断前进与发展，社会发展与人民的生活与生产活动
对电能的需求也在Ｒ益加大，与此同时，各种各样的电器也走
进了人们的生活中，并获得了广泛的使用，这其中就包括了非 线性负荷电器，这会导致电力系统的电流与电压发生一定的变
化。在对电力系统的。电流与电压波形进行傅里叶分解时，发现 其中还央杂了１５０赫兹的交流止弦波。南十１５０赫兹的交流正 弦波在数量上是５０赫兹的 倍，我们将其称为三次｛皆波 次 文章编号：２０９６—４３９０（２０１９）０１—０１９５—０２
谐波的示意图如图ｌ所示，傅立叶分解公式为式ｆ１）。
谐波对电能计量的影响
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防止电气设备污闪在线监测系统的研究
呼和浩特供电局宗奇君
近年来随着电力工业的不断发 面放电机理的研究尚未形成统一的看 灭；但当泄漏电流大时，因为这些局部
展，我国基本进入大电网、大电厂、大 法，但众多学者普遍认为污闪沿面放 小间隙中存在大量游离气体，电弧在
机组、高电压输出、高度自动控制的新 电不是一种单纯的空气间隙的击穿放 过零熄灭后仍将继续燃烧，在一定条
时代。装机容量越来越大、网架结构越 电，除非固体绝缘本身内部失效，污闪 件下就造成固体绝缘沿表面闪络。
来越复杂，这种形势下，如何保证电网 前外绝缘性能的变化主要是其本身的 二、影响污闪的因素
安全、可靠运行成为电力系统面临的 热效应等所引起的。它常是一种与电、 通过长期观察分析影响污闪的因
一项重大课题。长期的电网运行情况 热、化学因素有关的复杂的污秽表面 素有：
表明，考虑到运行环境因素等的影响， 气体电离以及伴随着局部电弧产生与 １．污物中含有ＮａＣ１等一价盐常 输电线路和变电站电气设备外绝缘要 发展的热动力平衡过程。当固体绝缘 对应较低的污闪电压，而含硫酸钙等
求在长期运行电压、大气过电压及各 表面有污层时，如污层干燥则泄漏电 成分常对应较高的污闪电压。污闪物
种内部过电压下都能够可靠运行。但 流一般都不大，以微安计；当污层受潮 中所含硫酸钙的比例越高，相应的污
是实际运行过程中，电气设备由于本 时污层中的可溶性盐、酸或碱类溶于 闪电压也较高。
身绝缘能力的下降经常造成电力事 水称为电解质，在瓷件表面形成一层 ２．绝缘子的污闪电压随污秽度的
故。而造成电气设备绝缘能力下降的 很薄的导电液薄膜，将使瓷件表面电 增大而逐渐降低，降低率则随污秽度 原因是多种多样的，如沉积在外绝缘 阻大大下降，泄漏电流大大增大，导电 的增加而减小，积污量越大，污闪电压 表面的污秽层受潮从而使设备绝缘能 性的污层泄漏电流可达数百毫安。泄 会减小。此外，绝缘子污染不均匀时将
三次谐波对电能计量及中性线的影响 2
测试工具与解决方案2018.18
971 三次谐波概述
1.1 三次谐波的基本概念
理想的电压表在交流供电系统中会显示出正弦的波形
图案，这是因为线性无源元件两端接收到的电压为正弦电压，并且在交流电路中具有微分、积分、比例等性质，即便相位发生
一定的变化，电流也会在电路中呈现出相同的正弦频率。
图1 三次谐波示意图
相反的，如果线性无源元件两端接收到的电压为非正弦
电压，那么以上的推论就不再成立，电流在电路中呈现出的
波形也会发生相应的改变，从而使线性无源元件两端输出非
正弦电流，并且使电压产生降低现象，而谐波就是正弦波分
量，这一概念可以用傅里叶分解公式来表示[1]：
()(1,)cos() ftknkwtak=Σ=+
在这个分解公式中，任意的波函数都可以得到分解，当k=1
时，可以分解出基波分量；当k=3时，就可以分解出三次谐波。
1.2 三次谐波的产生原因
随着社会用电量的不断增加，电网系统承担的压力也不断加大，尤其是社会低压配电网，而三次谐波就主要产生于
低压配电网络。对于正常的电力系统而言，供电频率应该为
50HZ，但是在三次谐波的污染下，其50HZ的供电频率就会转
变为150HZ，从而使配电网络及相关设备的安全受到影响。造
成三次谐波产生的主要原因在于节能灯、镇流器、荧光灯、电
弧焊接设备、大型显示器、变频器、整流电源等设备的集中大
量使用，当中性线与相线之间出现非线性负荷，就会随之产
生三次谐波。
1.3 三次谐波的主要危害
供电系统的电力供应主要以低压配电网为主，由于低压
配电网中会产生三次谐波，因此会对电网安全稳定造成极大
威胁。具体来看，主要体现在以下几个方面：其一，电力设备
在三次谐波污染下使用寿命发生缩短；其二，三次谐波会使
电力系统的功能消耗得到极大增加；其三，三次谐波会使电
网的接地保护功能受到损害，从而带来安全隐患；其四，三次
谐波会使电子器件损坏或者发生误动作，从而为电力企业带
来极大损失；其五，三次谐波会导致电网发热，严重时会导致
谐波对电能计量影响研究
Ｎｏ．３，２０１０ 现代商贸工业 Ｍｏｄｅｒｎ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｔｒａｄｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ２０１０年第３期
谐波对电能计量影响研究
李 科
（重庆市南岸供电局，重庆４０００６０）
摘 要：随着我国经济的迅猛发展，社会各行业的用电量越来越大，电力网络也随之不断扩张，同时引进了大量非线性 负载。直流输电、冶金、化工等工业企业以及电气机车乃至家用电器中的换流设备和电弧炉等各种具有时变性或非线・ 电力电子设备接入电网后，会使电网电流波形发生畸变，即向电网注入了谐波电流。 关键词：谐波；电能计量． 中图分类号：ＴＭ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—３１９８（２０１０）０３—０３０３—０２
所谓电网中的谐波是指电网正弦电压波形畸变后，其
波形可以用傅立叶级数进行分解，除了５Ｏ的基波外，还存 罐一系列频率为基波频率整数倍和幅值比基波幅值小的正
弦波，这一系列正弦波称为谐波。按国际通行的定义，谐波
，是一个周期量的正弦波分量。谐波大量注入电网将对电力
系统造成严重危害，如谐波使电网发生谐振的可能性大大
增加，使电器设备、电子设备、电气测量仪表运行不正常，增
加附加损耗，加速绝缘老化，降低使用寿命。
电能计量是电力系统收费的依据，而电网中谐波的存
在，使工业及日常中仍大量使用的感应式电能表的电能计
量误差加大，影响电网的经济运行。因此，充分分析谐波对
电能计量的影响，并对新的电能计量方法和计量装置进行
研究有重要意义。
ｌ谐波的主要来源
电网中的谐波主要来源于三个方面：①电源质量不高
产生的谐波；②输变电网产生的谐波；③非线性用电负荷产
生的谐波。非线性负载的大量使用，已成为电网中的最大
谐波源，本文主要讨论以下几类非线性谐波源。
（１）电弧炉和熔炼炉引起的谐波源。
电弧炉是利用电极与熔化的金属炉料之间的电弧放出
的热量来炼钢的，极间介质反复不规则的开路或短路，造成 电弧极不稳定，因此电弧炉熔化期负荷很不稳定，产生很大
谐波对电能计量装置的影响
江苏电机2007年12月JiangsuElectricalEn工程gmeenng第26卷增刊27
谐波对电能计量装置的影响
贪树俊’，葛乃成2
(1.南通供电公司，江苏南通226006;2.华东电网有限公司，上海200438)
摘要:谐波对电能计量装里的影响一直受到关注。主要讨论谐波功率引起的计量误差。通过对感应式有功、无功电能表及电子式电能表三种电能计童装1在不同波形、不同幅值以及不同相角条件下进行试验和误差分析，得出了它们受谐波影响的情况。最后，采用最小二乘法进行模拟，给出试脸电能计量装里计量功率的近似表达式。关键词:电能计量装里;谐波;计童误差;最小二乘法中图分类号:TM835文献标识码:B文章编号:1009-0665(2007)S2-0007-04
电能计量是考核电力生产各项技术经济指标的
基础。近年来，随着电网谐波污染加剧，系统电压和
电流发生畸变。一般电能计量装置由于其制造原理
决定了它只能保证在电压、电流为纯正弦波;三相平衡;所加电压、电流为工频或其附近很窄的范围内才
能满足测量精度的工作性能。故在供电系统受谐波
污染环境下，计量准确性及其精度将受到很大影响。
研究中对3种电能计量装置(感应式有功、无功电能表和电子式电能表)进行了频响、谐波功率、电压电
流线圈等方面的试验，充分考虑了相角及序特性，分
析了它们在各种谐波及典型畸变波形下的电能计量
误差。最后，对各电能计量装置的计量功率，利用最
小二乘法求取参数进行模拟，给出它们计量功率用幅值、相移和偏移量来描述的近似表达式，模拟所得
结果与实际计量功率的数据相吻合。
，误差原理分析
1.1感应式电能表电能表的计量误差定义为电能表读数与所计量
的真实电能的相对误差。图1是文献【1]中的一张典型的感应型原理电能表的频率特性曲线。率增大而减少;(3)补偿力矩随频率升高而减少〔210
从数学推理上看，若仅计圆盘电感影响，其他条件为理想，则圆盘的转动力矩为:
风‘1/[1+(n(e1,z)2](1)