非线性负荷谐波对计量装置的影响

作者:未知

  摘  要:现代电子技术的大量应用,致使电力系统中的非线性负荷日益提升。非线性负荷的不断增加,对电力系统中的电压和电流造成了严重影响,一旦这种情况出现,则会对计量装置的准确性造成影响,促使电力计量误差扩大。该文首先阐述了非线性负荷谐波产生的原因,然后分析非线性负荷谐波对计量装置的影响,希望对提高计量装置的准确性有所帮助。
  关键词:非线性负荷  谐波  计量装置
  中图分类号:TM93                                 文献标识码:A                         文章编号:1672-3791(2019)04(c)-0035-02
  计量装置作为电力系统的重要组成部分,但是在电力系统运行过程中,计量装置很容易受到非线性负荷谐波的影响,其准确性无法得到保证。因此,研究非线性负荷谐波对计量装置的影响,具有十分重要的意义。
  1  非线性负荷谐波产生的原因
  1.1 谐波产生原因
  要对谐波产生的原因进行分析。首先是电源部分,如果电力系统中的电源质量较差,则容易产生谐波[1]。其次,电力变压器在运行过程中也会产生谐波。最后,其他电气设备在运行时,同样会产生谐波。这种谐波的产生原理为:电力系统中晶体闸管整流设备的作用。在电力系统处在负载状态时,电容大小会影响谐波的大小。一般情况下,二者呈正相关,简言之,电力系统中的电容越大,谐波就越大,反之则亦然。通过实验分析表明,变压器运行产生的谐波较为常见。但随着电气設备的更新换代,系统中谐波形式也发生了改变,形式更加丰富。这些谐波的存在,严重影响了计量装置的准确性,因此对电力谐波进行分析。
  1.2 谐波分析
  电能在消耗过程中会转化为多种能源,电能在转化的同时,会在电网中产生谐波。通过对电能与谐波的关系进行研究,可以对电压和谐波之间的关系进行明确,不同电压下母线谐波畸变率有以下几种情况:如果电压为10kV,则最大畸变率为7.7%,平均畸变率为4.1%,最小畸变率为0.48%;如果电流为10kW,则最大畸变率为14.7%,平均畸变率为3.4%,最小畸变率为0.67%;如果电压为35 kV,则最大畸变率为4.1%,平均畸变率为2.3%,最小畸变率为0.67%;如果电流为35 kW,则最大畸变率为19.4%,平均畸变率为6.94%,最小畸变率为2.1%;
  如果电压为110kV,则最大畸变率为3.8%,平均畸变率为0.78%,最小畸变率为0.18%;如果电流为110kW,则最大畸变率为17.5%,平均畸变率为1.58%,最小畸变率为0.69%。
  2  谐波的不良影响
  谐波一旦出现就会造成多方面影响,例如:导致电力系统中电压发生变形、电线受热与可承受范围相背离,致使线路出现短路故障,严重时甚至会烧毁电气设备,对电力系统的稳定运行造成影响。但是谐波最为重要的影响是导致电能计量误差发生,非线性负载谐波电力用户电能计量经常会小于正常值,会少缴纳电费,而他们少缴纳的电费,可能会转嫁到正常用户头上,这对于正常用户来说,显然是不公平的。
  3  非线性负荷谐波对计量装置的影响分析
  3.1 电能计量装置的分类
  电能表有以下几种:一是按照结构原理可分为,感应式和电子式电能表;二是按照测量电源可分为,直流式和交流式电能表;三是按照被测量的电能可分为,有功和无功电能表;四是按照接入线路可分为,直接接入和互感器接入式电能表。
  该文主要将感应式和电子式电能表作为研究对象。感应式电能表与电子式电能表在准确等级上差距较为明显,其中感应式电能表准确等级为0.49~2.9;而电子式电能表为0.01~2.1。感应式电能表的频率范围是4Hz,而电子式电能表为41~1001Hz,并且电子式电能表在启动电流、过载能力和功能损耗等方面的性能上均优于感应式电能表。
  3.2 谐波对感应式电能表准确度的影响
  经过大量实验证明,当电力系统中电压和电流受到内外部因素影响,继而偏离正弦时会发生畸变,继而会对感应式电能表的准确性造成不利影响,究其原因,主要是负载上电流电压不变且存在谐波时,会导致电能表线圈和转盘阻抗发生变化,继而引发电压工作磁通的变化,电能表的测量精度也会因此受到影响[2]。同样,结合感应式电能表的工作原理,可以知道只有在频率相同的电压和电流条件下,转矩才会通过电流的磁通相互作用而产生,非线性负荷谐波在经过电磁组件后,磁通无法与谐波产生反应,会影响转矩和平均功率间的正比关系,继而会导致附加误差的产生。
  在利用谐波叠加至电流基波情况下,对电压、电流中所含直流分量对电表的影响程度进行检测。在电能表中存在谐波功率时,可以用以下公式对电能表反映的电能进行判定。E=C1E1+∑ChEh;.在该公式中:E代表基波,而Eh代表h次谐波,其符号可以为正也可以为负。
  3.3 谐波对电子式电能表准确度的影响
  3.3.1 电子式电能表的频率特性
  当电压和电流都受到了谐波影响时,电能表的实际电能值与理论值大致相等。此时导致电子式电能表频带窄的主要原因是输入器件的原因,输入器件对信号成分产生的相移存在差异。如果对50HZ的频率进行补偿,则无法对其他频率的相位移进行补偿,计量误差也会因此而发生。
  3.3.2 测量谐波的方法   采用模拟滤波器测量谐波,得到的结果较为准确。目前常用的模拟滤波器主要有两种,一种是利用滤波器对基波电流分量进行过滤,继而得到谐波的电流分量;二是使用带通滤波器,对基波分量进行测量,但这种滤波器存在一定的误差,对电路元件的敏感程度较高,应用效果并不显著。
  3.3.3 谐波对于电子式电能表的影响
  电子式电能表在测量不同信号时,所产生的波形存在差异,误差也会出现差别,大量的实验结果证明,当电流信号产生谐波时,随着谐波大小的不同,电子式電能表测量的准确性会受到影响,但是误差在允许范围内,可以忽略不计。
  电子式电能表在测量电流量时,电网中的电压和电流需要经过互感器转化为弱电信号,才能被输入至电能表中,因此,互感器是否准确对于电能表的准确性具有重要的影响,如果采用的是非线性互感器,那么谐波在通过非线性互感器时,会导致互感器无法按照统一的比例对谐波成分进行转换,从而会引发信号变形的问题[3]。这种情况一旦出现,将会加大测量的误差。研究表明,在波形畸形时,谐波次数越多,互感器的波形变换误差越大。
  4  感应式电能表与电子式电能表电能计量特性的对比
  由上述分析得知,感应式电能表的误差频率特性为迅速下降,这也导致感应式电能表在计量过程中,只能对谐波部分进行计量。如果将W1比作基波电能,Wn表示谐波电能,W表示计量电能,则可以通过下述公式对感应式电能表反映的电能值进行计算。W=W1+∑K.Wn;
  在该公式中,K代表的是谐波电能系数,象征着谐波的被计量程度。K值不会大于1,且会随着谐波频率的不断增加而进一步缩小。
  通过对电子式电能表进行分析得知,电子式电能表与感知式电能表相比,计量基波和谐波部分存在差别,电子式电能表的误差频率特性曲线不会发生过大的波动,简言之,电子式电能表会对全部的基波和谐波进行计量,因此可以使用下述公式对电子式电能表的电能计量进行表示:W=W1+∑W;
  如果将全能量作为计量标准,那么电子式电能表的计量准确性远远高于感应式电能表,但是如果仅将基波作为计量标准,感应式电能表的误差则相对较小。
  5  结语
  综上所述,该文对电力系统的谐波,及对电能计量装置的影响进行了分析,先对导致谐波出现的原因展开了探讨,并对谐波与电流和电压之间的关系进行了分析,然后从电能装置频率特性着手,阐述了谐波对于感应式电能表和电子式电能表的影响。谐波的出现会引发严重的后果。为此,电力企业维修人员应加强对谐波的研究力度,并追本溯源,找出谐波产生的主要原因,采取针对性的解决方法,从源头上解决谐波问题。
  参考文献
  [1] 仇娜,孟欣.分析电力谐波对不同计量装置的误差影响[J].城市建设理论研究,2017(4):25-26.
  [2] 朱东花.分析电力谐波对不同计量装置的误差影响[J].电子制作,2017(2):91-92.
  [3] 姜芳.分析冲击负荷谐波环境下对电能计量装置的影响[J].通讯世界,2015(15):136-137.
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