摘 要：電網(wǎng)諧波(非線性)疊加正弦波電流上的高次諧波，成為污染電能質(zhì)量的重要危害源。為此，及時檢測諧波源，采用相應(yīng)的消諧裝置和合理的電能計量設(shè)備和方式，正確裝表接電，將諧波源產(chǎn)生的諧波與電網(wǎng)有效隔離，成為保護(hù)電網(wǎng)安全和準(zhǔn)確電能計量的有效措施。如何實現(xiàn)本地治理和電網(wǎng)隔離，及時監(jiān)測用戶諧波源，減少諧波對計量的影響將是一項重要的工作。

關(guān)鍵詞：用戶諧波源; 電能計量; 影響和抑制

在微電子以及電力電子技術(shù)飛躍發(fā)展的今天，大量非線性負(fù)荷如可控硅整流設(shè)備、電力電子調(diào)頻以及電弧煉鋼爐、電鐵牽引等加入電網(wǎng)。這些負(fù)荷對電網(wǎng)造成很大的干擾,使電網(wǎng)的波形發(fā)生了畸變，不再是單一的50Hz正弦波形。還包括一系列頻率為基波整數(shù)倍的正弦波分量，這些分量稱為諧波。電網(wǎng)中存在諧波成分超過一定程度就會引起嚴(yán)重危害。電網(wǎng)以三相正序正弦波形向用戶供電，實際運行中由于有諧波源用戶產(chǎn)生的寄生在電能正弦基波上的高次諧波，對電能質(zhì)量和電網(wǎng)安全造成嚴(yán)重影響，威脅到供用電設(shè)備安全、經(jīng)濟(jì)運行、電能量值準(zhǔn)確傳遞。但是，由于電網(wǎng)諧波的隨機(jī)性和高頻寄生特點，按工頻50Hz設(shè)計的電能計量裝置難以有效監(jiān)測和記錄，致使電網(wǎng)運行對諧波造成的電力污染和電能質(zhì)量下降的嚴(yán)重性沒有深刻認(rèn)識和有效遏制。由此造成的電能浪費和運行事故沒有及時防范，極易造成電能計量的量值降低、電網(wǎng)震蕩斷電、用電設(shè)備受損等事故，特別由于電能計量低于實際用電量的利益驅(qū)使，近年來一些地區(qū)的冶煉化工企業(yè)紛紛內(nèi)遷，在嚴(yán)重污染當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的同時，供電線損迅速攀升。對供電企業(yè)和用電客戶造成嚴(yán)重傷害。

為此，建立用戶諧波常態(tài)監(jiān)測，對諧波源采取相應(yīng)的治理和合理的電能計量方式，成為當(dāng)前提高電能質(zhì)量和避免電量流失的迫切工作。

1 2009年8月，我電業(yè)局某供電局通過線損計算，發(fā)現(xiàn)某條線路線損高達(dá)27%，通過對該線路的所有客戶進(jìn)行排查，線損異常最后集中到采用中頻爐冶煉的某客戶上�，F(xiàn)場對該客戶的計量裝置進(jìn)行排查：計量裝置無竊電痕跡，計量互感器接線正常，電能計量表計接線正確，校驗的誤差合格，二次電壓、電流均正常。由于在5月份該用戶的機(jī)電式有功和無功電能表時間到期輪換，裝接人員采用一只三相三線高壓電子式電能表進(jìn)行了更換。更換后的電能表通過檢定接線正確、誤差合格。

由于該線路的線損保持近30%，供電局上報計量中心請求幫助。根據(jù)計量表計變更時間、用戶負(fù)荷性質(zhì)調(diào)查以及表計事件記錄分析，發(fā)現(xiàn)該客戶在6月份新上有1臺2500KVA的特種變壓器，4個單相用電電弧爐，在負(fù)荷啟動時沖擊負(fù)荷較大，三相負(fù)荷不平衡，每相負(fù)荷電流不同，甚至相差很大。在用戶正常生產(chǎn)時，發(fā)現(xiàn)二次側(cè)表計電壓AB相101V、CB相98V，保持穩(wěn)定，電流：A相為2.85A、C相為1.07A，功率因數(shù)在0.73左右，最高電流記錄為某相瞬間達(dá)到7.26A，且極不穩(wěn)定。除正向有功計量外，電能表反向有功電量走了11.56個字，煉鋼廠無發(fā)電機(jī)不可能有上網(wǎng)電量。

2于是我們便對原因分析，由于該客戶負(fù)荷性質(zhì)與換表前發(fā)生了很大的變化，是非線性負(fù)荷，且符合不平衡。除了計量方式不正確以外，還考慮到諧波對電能計量的影響，便用電能質(zhì)量分析儀接入用電側(cè)進(jìn)行長時間諧波在線監(jiān)測。

對該用戶所產(chǎn)生的諧波分析，電壓總畸變率超標(biāo)，3次電壓諧波以及3次、5次等高次電流諧波超標(biāo)。這是影響電能計量的主要原因，按50HZ設(shè)計的電能表不能有效對高次諧波，特別是正向諧波分量進(jìn)行有效計量，而負(fù)向脈沖分量則會抵消相應(yīng)的基波分量，全電子式電能表將負(fù)載(諧波源)消耗的基波有功電能和諧波源(負(fù)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(shù)相加，使得記錄的能量比負(fù)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。造成電能計量的量值遠(yuǎn)低于實際用電量，同時，由于高次諧波分量會流向電網(wǎng)，因此出現(xiàn)了反向電量，由此可以判定，煉鋼廠的諧波環(huán)境計量不準(zhǔn)確，是造成線路線損較大的根本原因。

由于諧波分量倒回電網(wǎng)引起的反向電量，經(jīng)與用戶協(xié)商將反向有功電量作為漏記電量進(jìn)行電量補(bǔ)收25萬kWh，按時段分?jǐn)�，收回電費12.6萬元。但是由于沒有對諧波少計電量追補(bǔ)的規(guī)定，給供電局造成了嚴(yán)重?fù)p失。

3為防止電能計量誤差和防止諧波污染電網(wǎng)，采用三種方式進(jìn)行治理：一是要求煉鋼廠加裝靜止無功補(bǔ)償裝置利用快速可變的電抗或電容，改善電能質(zhì)量、限制過電壓和增加系統(tǒng)阻力等，防止諧波進(jìn)入電網(wǎng);二是改三相三線為三相四線計量方式，降低負(fù)序誤差;三是采用三相四線基波電能表計量，濾除高次諧波對電源基波的干擾。經(jīng)過對煉鋼廠的諧波改造，該條線路的線損立即降至10%以下。

4那么，電網(wǎng)諧波是怎么影響電能計量偏差的呢?正常情況下，電網(wǎng)電壓電流是以120°相位差的正弦波組成，電能參數(shù)包括基波電壓、基波電流、負(fù)序電壓、負(fù)序電流、諧波電壓、諧波電流、功率因素、基波功率、諧波功率組成，隨著電氣鐵路、冶金化學(xué)、高中頻電器和家用電器的普及，電網(wǎng)的非線性負(fù)荷(硅整流設(shè)備，電力機(jī)車，電解設(shè)備)和沖擊性負(fù)荷(電弧爐，軋鋼機(jī)、變頻電器等)的增加，在電網(wǎng)電壓電流正弦波上疊加有非線性(諧波)和非對稱性(負(fù)序)的高次脈沖，使電壓、電流波形畸變?yōu)榘�含高次諧波的正弦載波，由于諧波和負(fù)序脈沖影響，電能正弦畸變對電網(wǎng)運行和客戶用電設(shè)備產(chǎn)生十分嚴(yán)重影響。

在2004～2005年間，我通過對多個廠家10只專門用于有諧波源用戶計量的基波電能表進(jìn)行一年現(xiàn)場對比計量數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)基波電能表要比普通電子式電能表多計電量2.4～6%左右。從2006年起，于是我局便采用對有諧波源的用戶裝設(shè)基波電能表，以便更準(zhǔn)確合理計量，減少電量損失�，F(xiàn)在我局生技部每年都要對計量中心下達(dá)變電站電能質(zhì)量(諧波)監(jiān)測任務(wù)，對有諧波源用電客戶的諧波監(jiān)測我們也已成為常態(tài)化工作開展。對嚴(yán)重超標(biāo)諧波用戶，下達(dá)諧波治理通知書。對新上或改擴(kuò)建有諧波源的用戶，在方案設(shè)計審查時便要求其有諧波治理方案，驗收時一并驗收合格才能投入運行。

5通過多年分析，諧波源用戶對電網(wǎng)和供電一次設(shè)備安全運行存在較大影響。

1)諧波電壓可使變壓器的磁滯及渦流損耗增加，使絕緣材料承受的電氣應(yīng)力增大，變壓器銅耗增加，在嚴(yán)重的諧波負(fù)荷下形成局部過熱和噪聲增大等過載。

2)諧波造成電容器與電網(wǎng)其它部分之間產(chǎn)生諧波諧振，發(fā)生危險的過電壓、過電流，引起電容器熔絲熔斷或使電容器損壞。

3)當(dāng)諧波電壓與基波電壓波峰重合，可使線路的電暈問題變得嚴(yán)重，在諧波電流流過輸電線路時附加損耗增大。

4) 諧波電流增大時斷路器遮斷能力降低，這是電流有效值相同，畸變電流在電流過零點處較大，容易造成斷路器線圈不能正常工作。

5)諧波脈沖易引起繼電保護(hù)和自動裝置誤動或拒動，造成負(fù)序電流保護(hù)、主變復(fù)合電壓起動過電流保護(hù)、母線差動保護(hù)、線路距離保護(hù)和高頻保護(hù)、故障錄波器、自動準(zhǔn)同期裝置以及負(fù)荷控制裝置等異常。

6同時，諧波污染電網(wǎng)后對用電設(shè)備的影響

1)諧波對計量電能表增大負(fù)誤差少計電量，電度表對諧波脈沖有負(fù)向誤差特性，電度表對諧波消耗功率計量不足，在諧波源的電度表計量是基波與部分負(fù)向諧波分量的集合量，所以諧波源計量會減少計量(電網(wǎng)諧波對無諧波源計量點則多計電量)。

2)對旋轉(zhuǎn)電機(jī)產(chǎn)生產(chǎn)生附加損耗和轉(zhuǎn)矩，在感應(yīng)電動機(jī)的定子繞組中所有正序諧波電流產(chǎn)生正方向的電磁轉(zhuǎn)矩，有助于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，而負(fù)序諧波電流的作用恰好相反，正負(fù)損耗和轉(zhuǎn)矩形成渦流損失。

3)對家用電器產(chǎn)生高頻過電壓，產(chǎn)生過熱和絕緣損害，造成功耗增加、出力不足，減少使用壽命等。

7通過以上分析，我覺得用戶諧波防治基本措施主要有：

1)建立有效的電能質(zhì)量監(jiān)測點。利用現(xiàn)有的電能量采集系統(tǒng)和隨機(jī)抽測，對重點客戶、變電站出線等進(jìn)行電能諧波普查，進(jìn)行基波電壓、基波電流、負(fù)序電壓、負(fù)序電流、諧波電壓、諧波電流、功率因素、基波功率、諧波功率、諧波阻抗、諧波方向、電壓波動與閃變動態(tài)的在線監(jiān)測，分析變化趨勢。依靠數(shù)據(jù)制定科學(xué)合理的監(jiān)測和治理方案。

2)增加系統(tǒng)承受諧波能力。將諧波源客戶改為用較高電壓和較大容量供電方式，可以減小諧波影響。

3)加裝靜止無功補(bǔ)償裝置。靜補(bǔ)裝置的基本結(jié)構(gòu)是由快速可變的電抗或電容元件組合而成，除了綜合改善電能質(zhì)量這一直接效果外，在電網(wǎng)中已成為控制無功、電壓，提高輸電穩(wěn)定性，限制系統(tǒng)過電壓，增加系統(tǒng)阻力的重要技術(shù)措施。靜補(bǔ)裝置的一次性投資大，在制定工程方案時應(yīng)經(jīng)充分的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

4)采用無源電力濾波裝置就近吸收諧波源產(chǎn)生的諧波電流，降低連接點諧波電壓，是抑止諧波"污染"的一種有效措施。該裝置一般由電力電容器、電抗器(常用空心)和電阻器適當(dāng)組合而成，它和諧波源并聯(lián)，除起濾波作用外還兼顧無功補(bǔ)償?shù)男枰�。無源電力濾波裝置的結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護(hù)方便，目前已得到廣泛應(yīng)用。

5)采用有源濾波器等新型裝置抑制諧波的措施。隨著高功率大電流半導(dǎo)體器件及GTO的發(fā)展，有源濾波器已開始實用化，這種濾波器向電網(wǎng)送入與原有諧波電流幅值相等、相位相同、方向相反的電流，使電源的總諧波電流為零。有源濾波器由于僅補(bǔ)償無功電流，因此裝置容量可以大大減小，相應(yīng)地降低了損耗;由于它對電網(wǎng)參數(shù)沒有影響，不會引起諧振危險，因而使用靈活，是一種有很大發(fā)展前景的諧波補(bǔ)償裝置。

結(jié)束語

現(xiàn)在我們對有諧波源的大用戶在新建或改擴(kuò)建配電室或變電站時，在方案設(shè)計審查時便要求其有諧波治理方案，驗收時一并驗收合格才能投入運行。監(jiān)測發(fā)現(xiàn)諧波超標(biāo)的用戶要求其進(jìn)行諧波治理。諧波源產(chǎn)生的諧波對電網(wǎng)環(huán)境的污染，影響到電網(wǎng)運行安全，供電企業(yè)經(jīng)營效益和客戶用電的電能質(zhì)量，為此，對各種污染源排放的容量加以限制并進(jìn)行監(jiān)測和管理，對保證輸變電設(shè)備安全穩(wěn)定運行，客戶用電設(shè)備安全、提高電能質(zhì)量、減少電量流失，降低電網(wǎng)線損、維護(hù)用電秩序等都有明顯的作用，對此，建立長期的電能質(zhì)量監(jiān)測，將變電站輸出端、線路節(jié)點、諧波關(guān)聯(lián)客戶、線損高�？蛻暨M(jìn)行常態(tài)監(jiān)測和比對分析，對諧波源進(jìn)行對應(yīng)處理，提高電能質(zhì)量，就能有效地實現(xiàn)諧波的有效治理。

參考文獻(xiàn)：

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3. 電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T448-2000.《電能計量裝置技術(shù)管理規(guī)程》

4. 通用計量術(shù)語及定義.范巧成編著

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