劉曉璇

摘 要：隨著我國社會的發(fā)展與生活水平的不斷提高，使得電網(wǎng)負(fù)荷加重。大量節(jié)能燈與大型顯示器等設(shè)備的使用帶來了三次諧波，對電力系統(tǒng)產(chǎn)生了不利影響。因此，本文從三次諧波對電能計(jì)量及中性線的影響入手，提出了解決三次諧波的有效措施，旨在為電力系統(tǒng)的發(fā)展提供參考，并為有關(guān)人士提供借鑒。

關(guān)鍵詞：三次諧波;電能計(jì)量;中性線

引言：

電力系統(tǒng)在我國發(fā)展過程中起到了重要的推進(jìn)作用。電力系統(tǒng)的頻率隨著用電量的增大，電網(wǎng)負(fù)荷不斷增加，三次諧波的產(chǎn)生不僅會損壞電力設(shè)施，更會加大電能的損耗，對電力設(shè)施的日常維護(hù)也起到了不同程度的阻礙作用。因此，需要重視三次諧波污染問題，保護(hù)好電力系統(tǒng)。

1三次諧波對電能計(jì)量及中性線的影響

1.1三次諧波對電能計(jì)量的影響

1.1.1電磁式互感器

電力系統(tǒng)中重要的組成設(shè)備包括電磁式互感器。電磁式互感器主要包括電磁式電流互感器以及電磁式電壓互感器。其中電磁式電壓互感器可以將高電壓通過轉(zhuǎn)化變?yōu)榈碗妷?，電磁式電壓互感器主要結(jié)構(gòu)是采用的并聯(lián)方式，其主要原理在于應(yīng)用電磁感應(yīng)的技術(shù)進(jìn)行工作，而電磁式電壓互感器中的二次設(shè)備可以負(fù)載并聯(lián)進(jìn)行二次繞組，高壓的系統(tǒng)則能夠回路并聯(lián)進(jìn)行一次繞組，目的在于將鐵心和1次、2次線圈進(jìn)行分別的纏繞用于絕緣并隔離;電磁式電流互感器與電磁式電壓互感器擁有相似原理，可以將電網(wǎng)中的較大電流通過轉(zhuǎn)化變?yōu)樾〉碾娏鳎姶攀诫娏骰ジ衅鹘Y(jié)構(gòu)主要以串聯(lián)為主，電磁式電流互感器的1次、2次繞組能夠分別的串聯(lián)在1次回路與2次設(shè)備上，當(dāng)電力系統(tǒng)中發(fā)生三次諧波現(xiàn)象的時(shí)候，磁滯、飽和以及渦流會使電磁式互感器產(chǎn)生非線性的現(xiàn)象，會使電能計(jì)量出現(xiàn)不同程度的誤差。

1.1.2電能計(jì)量裝置

通過多年的研究與分析，電磁式互感器、電容式互感器的電能計(jì)量表的安裝能夠使三次諧波對電能計(jì)量產(chǎn)生重要影響。對于電磁式互感器的電能計(jì)量裝置而言，若裝置發(fā)生三次諧波的污染，后果較為嚴(yán)重，使電壓互感器與電流互感器二次測量的電壓有所下降，直接導(dǎo)致電能計(jì)量表在計(jì)量時(shí)出現(xiàn)不同程度的誤差，誤差的效果受到不同電能計(jì)量裝置的影響，所有裝置中誤差最大的則為電子式能表計(jì)量。對于電容式互感器的電能計(jì)量裝置而言，若裝置被三次諧波進(jìn)行污染后，電壓互感器二次測量的電壓就會有所上升，甚至能達(dá)到諧波電壓的三倍左右，與電磁式互感器一樣，誤差受到不同類型電能計(jì)量裝置影響，所有電能計(jì)量表中感應(yīng)式和電子式電能計(jì)量表所受誤差最大[1]。

1.1.3電容式電壓互感器

電力系統(tǒng)中電容式互感器主要有高壓電容、中壓電容，高壓和中壓電容又包括分壓器、補(bǔ)償電抗器、變壓器、等效電感以及等效電阻。通常電容式電壓互感器在運(yùn)行工作時(shí)會有很小的空載電流產(chǎn)生，電源頻率變化后的計(jì)量誤差經(jīng)常采用計(jì)算繞組的直流電阻和、等值電源的電壓以及低壓側(cè)漏感之和的方式進(jìn)行計(jì)算。目前使用的電容式電壓互感器和電磁式電壓互感器相互結(jié)合能有效實(shí)現(xiàn)絕緣效果，并能較好的控制成本，但仍無法準(zhǔn)確測量三次諧波的原因在于角頻特性和幅頻特性的存在。

1.2三次諧波對中性的影響

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，加之時(shí)代的發(fā)展變革。使得多種多樣具有變頻功能的家用電器走入了人們?nèi)粘Ｉ钪?，比如，常見的變頻式空調(diào)、微波爐以及變頻式洗衣機(jī)等等。擁有變頻功能的家用電器都采用的是非線性的負(fù)載方式，因此當(dāng)擁有變頻功能的電器在運(yùn)行工作時(shí)，三次諧波會占據(jù)超過一半的比重，不僅如此，具有上述功能的電器在運(yùn)行過程中更會帶來三次諧波的污染問題。使得電力系統(tǒng)中損耗愈加嚴(yán)重，其中損耗尤為明顯的系統(tǒng)為三相四線制和三相五線制。電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及電力系統(tǒng)的安全性在三次諧波的影響下都受到不同程度的威脅。若電力系統(tǒng)發(fā)生損耗，嚴(yán)重時(shí)可能出現(xiàn)用電隱患，引發(fā)安全事故，甚至危及人民的生命與財(cái)產(chǎn)安全。

2解決三次諧波污染有效措施

2.1合理使用濾波器

電力相關(guān)企業(yè)、部門應(yīng)選用合適恰當(dāng)?shù)臑V波器，用以解決傳統(tǒng)無源濾波器存在的濾波效果差和容易產(chǎn)生容性無功問題。諧波電流的檢查過程中，單獨(dú)使用此類濾波器可以生成相互抵消的補(bǔ)償類的電流。從使用過后的效果看，該類型濾波器只能使安裝部位的上游諧波電流相應(yīng)減少和降低，但是對下游路線卻無任何明顯作用。因此，針對上述情況，通過在三次諧波下游的線路中安裝有源濾波器能夠有效解決三次諧波污染問題。與此同時(shí)，在實(shí)際工作中，發(fā)現(xiàn)濾波器若距離三次諧波的電流源頭最近時(shí)，防治效果也越好。如果三次諧波的過濾器選用并聯(lián)的方式時(shí)，對于三次諧波的電壓的降低也有較好的效果，因此，若想降低三次諧波的危害程度，可以采用將三次諧波濾波器并聯(lián)于非線性的負(fù)荷較大供電處的方式來降低三次諧波的干擾作用[2]。

2.2合理選用治理設(shè)備

電力系統(tǒng)中，產(chǎn)生三次諧波的原因有很多，為達(dá)到最理想的治理效果，可以通過選用合理的治理設(shè)備的方式解決三次諧波問題。例如關(guān)于LED燈的三次諧波防治的裝置，針對性較強(qiáng)并且具有專門性。此種類型的裝置通常是一種特殊的磁性濾波器，該類裝置使用的主要材料為優(yōu)質(zhì)的硅鋼片，由硅鋼片構(gòu)成的鐵芯再進(jìn)行繞組。此種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于安全可靠、使用壽命長等，另外，在具體實(shí)際運(yùn)用中，并未發(fā)現(xiàn)過補(bǔ)、諧振等不良反應(yīng)，與此同時(shí)，該裝置還能夠在應(yīng)用中有效減少中性線的電流并能使三次諧波的電流及時(shí)有效的過濾去除掉[3]。

例如，某商場一、二、三層都采用的是LED燈的照明方式，與此同時(shí)，還有一塊10平方米的LED顯示屏，其他的負(fù)載電器分別為空調(diào)以及部分的輔助用電電器。其中，LED負(fù)荷的功率為總用電量的85%。當(dāng)商場正常營業(yè)時(shí)，中性線的電流為相線電流的1.5倍左右。與此同時(shí)，導(dǎo)致了電能表出現(xiàn)了誤差且誤差較大在40%左右。當(dāng)商場安裝了LED負(fù)荷的專用諧波裝置之后，中性線電流降低明顯，且此時(shí)的電能表誤差在0.3%左右。不僅減少了中性線的電流，更使得三次諧波及時(shí)地過濾，從而很大程度地降低了電能表的誤差。

2.3帶中性線低壓供電系統(tǒng)

在實(shí)際應(yīng)用中，選擇帶中性線的低壓供電系統(tǒng)，防止三次諧波污染的方式主要有以下四種方式：第一，運(yùn)用被動并聯(lián)方式的濾波器，此濾波器不僅具有廣泛的應(yīng)用范圍，更能有效的治理三次諧波的污染問題。第二，被動串聯(lián)濾波器，盡管此種結(jié)構(gòu)的濾波器可以解決三次諧波的污染問題，但在使用過程中容易造成新的問題。比如，被動式串聯(lián)的濾波器能使低壓母線的電壓升高，非線性負(fù)荷與線性負(fù)荷、非線性之間相互影響，使中性線的阻抗提升，導(dǎo)致接地故障的保護(hù)功能受到一定的破壞，降低了電力系統(tǒng)中電網(wǎng)的質(zhì)量水平。第三，中線性的有源濾波器與雙接線的變壓器，不僅能夠?qū)㈦p接地線的變壓器當(dāng)做供電的變壓器、也可以將雙接地線的變壓器當(dāng)做隔離的變壓器消除三次諧波。但此方式多應(yīng)用在三項(xiàng)式的負(fù)荷中解決三次諧波的污染問題。第四，利用Satons變壓器繞組接法。該種方式盡管效果明顯，但在實(shí)際應(yīng)用過程中需要保證三相負(fù)荷相同，同時(shí)此方式還具有操作復(fù)雜、難度較大的問題，因而需要謹(jǐn)慎操作。

結(jié)論：

綜上所述，三次諧波對電能計(jì)量以及中性線都會產(chǎn)生不同程度的副作用，因此相關(guān)部門應(yīng)切實(shí)提出有效解決辦法，使得電網(wǎng)能在平穩(wěn)運(yùn)行、電力企業(yè)的供電質(zhì)量得到保障。電力企業(yè)需要利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)對三次諧波進(jìn)行有效地防治，促進(jìn)電力系統(tǒng)長遠(yuǎn)、健康可持續(xù)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]溫子健.基于三次諧波的混合勵磁同步發(fā)電機(jī)研究[D].南昌大學(xué)，2020.

[2]李國勝，陶建武，鄭雪，等.三相四線電能計(jì)量裝置進(jìn)表中性線斷開后對電能計(jì)量的影響[J].儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化與計(jì)量，2019（04）：39-41.

[3]談嘉瑩.基于三次諧波反電勢的永磁同步電機(jī)無位置傳感器控制[D].南京航空航天大學(xué)，2019.