李　琦黑龍江省電力科學(xué)研究院

諧波條件下感應(yīng)系電能表計(jì)量誤差分析

李琦
黑龍江省電力科學(xué)研究院

在現(xiàn)在的生產(chǎn)生活用電量不斷增加的形式下，電能表計(jì)量的準(zhǔn)確性十分重要，它的合理性也會(huì)進(jìn)一步影響發(fā)電方、供電方和用電三方之間的經(jīng)濟(jì)利益，同時(shí)也會(huì)影響三者之間的關(guān)系，除此之外，還可以進(jìn)一步影響其交易的公平性。因此，進(jìn)行感應(yīng)系電能表計(jì)量誤差分析十分有必要，本篇文章通過分析諧波對(duì)互感器的影響，進(jìn)一步得出相關(guān)結(jié)論。這其中包含了對(duì)電容式電壓互感器及電磁式互感器的影響分析，同時(shí)進(jìn)行諧波條件下感應(yīng)系電能表計(jì)量誤差的討論，再得出總結(jié)，提供給相關(guān)工作人員相關(guān)信息。

諧波；誤差；電能計(jì)量；分析

對(duì)于感應(yīng)系電能表來說，在多年的改進(jìn)和完善以后，其可靠性和使用壽命得到加強(qiáng)，與此同時(shí)，其價(jià)方面的優(yōu)勢(shì)也得到利用。因此，要想判斷評(píng)估感應(yīng)系電能表在現(xiàn)代電能管理中的作用，就要評(píng)估其感應(yīng)系電能表在諧波下的運(yùn)行特性。對(duì)很多電能表生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行調(diào)查分析后，得出如下結(jié)論：在對(duì)這些感應(yīng)系電能表進(jìn)行測(cè)量時(shí)，出現(xiàn)的誤差有正有負(fù)，而其很少出現(xiàn)正誤差的狀況。而對(duì)于學(xué)者來說，他們知道的是感應(yīng)系電能表具有負(fù)的、下降的頻率特性，因此，這樣實(shí)驗(yàn)結(jié)果便和其相矛盾。

1.諧波對(duì)互感器的影響分析

1.1諧波對(duì)電磁式互感器的影響分析。在圖1里，電磁式電壓互感器展示了其工作原理，通過繞組間電磁感應(yīng)原理來完成操作。

圖1　電磁式電壓互感器原理圖

從物理的分析來看，在上面的電磁式電流互感器原理圖得出結(jié)論，在測(cè)量的電流線路里進(jìn)行一定的繞組串聯(lián)，而在其工作時(shí)，會(huì)使得二次回路閉合。對(duì)于電磁式電流互感器和PT兩個(gè)角度來看，其進(jìn)行工作都是通過電磁感應(yīng)，所以都會(huì)有鐵磁材料和線圈作為其工作的原材料，它們的工作頻帶比較窄，同時(shí)，其線性范圍也會(huì)比較小，在鐵心磁場(chǎng)的作用下，電磁式互感器在一次側(cè)和二次側(cè)之間的聯(lián)系加強(qiáng)，從電磁式電流互感器方面來看，先建立電磁式互感器模型，然后進(jìn)行數(shù)學(xué)描述。從電磁式電流互感器的角度來看，在分析其非線性特性的主要原因時(shí)可以進(jìn)一步得出結(jié)論，是其渦流、磁滯以及飽和現(xiàn)象導(dǎo)致誤差存在。然而，相關(guān)的學(xué)者會(huì)比較不容易注意到渦流和磁滯帶來的非線性影響。

1.2諧波對(duì)電容式電壓互感器的影響分析。通過圖2我們了解到，其出現(xiàn)的是電容式電壓互感器（CVT）的原理，其中，電容是參數(shù)C1、C2，而中間變壓器是字母T，CVT的補(bǔ)償電抗器是L，而CVT的阻尼裝置及二次負(fù)荷的等效電阻及電感分別是參數(shù)Lf、R f和La、R a。在CVT空載時(shí)，T電流很小，圖5是其簡(jiǎn)化的電路，在這其中，等效電源電壓VM=（C1/（C1+C2））V1N；C1和C2的等值電容Ce= C1+C2；L1等值于L與中間變壓器T的高低兩側(cè)漏感LT1、LT2之和；電阻R 1是參數(shù)C1、C2、L及T繞組等效直流電阻之和。電壓比誤差的公式如下（100%）:

電壓角誤差計(jì)算公式如下（'）:

圖2　CVT原理圖

在目前的發(fā)展中來看，我們主要是通過上述公式對(duì)電容式電壓互感器的附加誤差進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果可以看出是一個(gè)近似值，同時(shí)，電容式電壓互感器逐漸擴(kuò)散到一些負(fù)荷隨頻率波動(dòng)而變化的頻率敏感型器件，比方說，一些諧振阻尼器和速飽和電抗器型阻尼器，如果不對(duì)其誤差進(jìn)行分析，就會(huì)導(dǎo)致電容式電壓互感器產(chǎn)生新的誤差。

2.諧波條件下感應(yīng)系電能表計(jì)量誤差的討論

在頻率升高的情況下，感應(yīng)系感應(yīng)系電能表的頻率特性曲線會(huì)呈現(xiàn)急劇下降的趨勢(shì)，感應(yīng)系電能表的頻率在1khz時(shí)，所測(cè)得的實(shí)際電能量為10%。

不過，由于頻率特性曲線具有一定的局限性，它在一定情況下說明的是單一特定頻率下的誤差情況，通過上面分析可以看出，和含有若干次諧波的電壓電流共同作用于電能表的情況相比，這兩種情況并不是完全相同。對(duì)于供電系統(tǒng)來說，其負(fù)載提供的總電功率的關(guān)系表達(dá)式如下所示：

通過上面的公式可以看出，在諧波條件下，感應(yīng)系電能表在工作時(shí)產(chǎn)生的誤差存在不確定性，極有可能是負(fù)數(shù)，只有小部分的可能為正數(shù)。通過對(duì)過去已有的文獻(xiàn)分析，諧波對(duì)感應(yīng)系電能表影響因素很多，列舉的非線性負(fù)載多是電力電子負(fù)載，通過研究相關(guān)參考文獻(xiàn)，結(jié)合所做實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，主要有以下結(jié)論：（1）由于感應(yīng)系電能表具有非線性的特性，致使其在多個(gè)不同頻率諧波綜合作用下，計(jì)量的電能量與各諧波電壓電流單獨(dú)作用時(shí)分別計(jì)量的電能量之和有一定的差距。（2）電壓和電流發(fā)生畸變，即使電壓誤差小，也會(huì)發(fā)生比較大的電能計(jì)量誤差，這樣的狀況發(fā)生是因?yàn)轭l率特性具有下降特征及感應(yīng)系電能表磁路的非線性發(fā)生所導(dǎo)致的。

3.總結(jié)

對(duì)于現(xiàn)在的供電系統(tǒng)來說，要探究供電系統(tǒng)諧波污染的根源，那必然是非線性負(fù)載。在現(xiàn)在的發(fā)展中，盡管電子式電能表發(fā)展速度比較快，但是在穩(wěn)定性的角度上來看，感應(yīng)系電能表更有優(yōu)勢(shì)，不僅如此，在價(jià)格上感應(yīng)系電能表也更有優(yōu)勢(shì)。在我國(guó)現(xiàn)在的發(fā)展中，現(xiàn)在對(duì)于供電系統(tǒng)諧波系統(tǒng)的關(guān)注度不斷提高，而治理力度也在進(jìn)一步加大，從治理的準(zhǔn)度的層面來說，也在不斷加強(qiáng)。感應(yīng)系電能表是基表形成的各種機(jī)電式電能表，發(fā)揮著重要的作用，扮演著重要的角色，因此其在現(xiàn)在的電能管理里有巨大的發(fā)展空間。

［1］葛毅.電力諧波對(duì)電能表電能計(jì)量的影響研究［D］.重慶大學(xué)，2003.

［2］王瑩，金鎮(zhèn)浩.三角波比較式時(shí)分割乘算器的探討［J］.電測(cè)與儀表，1987，3（12）:2－6.