２０１０年第３５期 ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ０电力与能源０ 科技信息 浅析电能计量 谐波对电能计量的影响 于劲松 （淮安供电公司 江苏淮安２２３２００） 【摘要】结合笔者的工作实践，分析了谐波对电能计量的影响。 【关键词】电能计量；谐波；电流源 １ 谐波功率和谐波源的含义 当进线电流ｉｓ畸变严重，则电流比值（ｉ）ｓｌ／Ｉｓ就越小，即使相移功 众所周知．在实际的配电网络中电压和电流波形不是真正意义上 率因数ＤＰＦ接近于单位１，整流器的功率因数ＰＦ仍然很低。在ＡＣ／ＤＣ 的正弦波形，其都不同程度的存在谐波含量。由于有谐波电流和谐波 变换电路中，略去谐波电流的二次效应，可以认为输入电压为正弦，输 入电流为非正弦．这里电流有效值为： 电压，当然还有谐波功率。类似于基波的情况，谐波也存在着有功功率 厂ｉ—— 厂——— ——＿ 和无功功率，其中有功功率对电力系统正常运行有直接影响，而无功 功率则有助于分析和研究谐波条件和滤波措施。 ｔ＝、Ｔ／∑（ ｎ：１ ）：＝１Ｔ／（ ） ∑（ｎ＝１ ） 谐波有功功率产生于各种谐波源。但是，对于任何一个谐波源而 式中，（Ｉｓ）ｎ是第ｎ次谐波电流的有效值。设基波电流滞后输入电 言，它们无法发出各种谐频，一般只发出几个主要谐波频率特征的谐 压的角度为 １，则： 波功率，在其他谐频上也可以从其他渠道吸收一些谐波功率。谐波源 限 ： ．ｃ－ｃ． 发出的谐波功率净值通常为正值，主要谐波源是谐波电流源。换言之， ＵＳＩ￥ 』 即使他们的端电压是正弦波形，电流也未必是正弦波。当电源连接到 式中，Ｋ［ｄ＝（Ｉｓ）／Ｉｓ］是电流波形畸变因子；Ｋ（ｄ＝ｃｏ￣１）是相移因 基波就必须要强制反馈谐波电流到电力系统中。因此．用电时基波功 数，即功率因数为电流波形畸变因子与相移因数之乘积。 率不完全是为自身消耗，而是转为谐波功率，并被迫返回到电源系统。 在电网中由于供电线路和变压器总要大于用电器的功率消耗，因 用户接人配电系统只需要接受有效率的基波功率，而谐波功率不仅不 此任何线路上的电压畸变总要比电流畸变小得多。凡是电流畸变较 是多余的，甚至会导致发电机、电动机、变压器等发热的不利影响。 大，总谐波（ＴＨ９）大的负载．那么它的功率因数肯定是很低的。但要注 意记住，反过来就不一定了。有经验的电气专业人员只要测量到用电 ２谐波产生的方式 器的功率因数接近１时，就可以肯定此电路中的谐波含量很小。功率 因数校正（ＰＦＣ）技术是抑制波形畸变、减小谐波含量和提高线路功率 ｋ ’ 【 ｊ 因数行之有效的方法。ＡＰＦＣ是有源功率因数校正技术，对输出３００ Ｗ ，ｒｎ— 以上的各种电源变换器均需要采用ＡＰＦＣ技术来提高功率因数。 ｋ ｌ ３谐波对电能计量装置的误差影响 ３．１ 电磁感应式电能表 ｒＡ： ： 传统的电磁感应式电能表是按照基波来设计的。当除基波外还有 图１ 全波整流的交流输入电压、电压波形 高次谐波分量电压和电流时。电能表的电压线圈的阻抗和旋转圆盘阻 抗发生变化，导致工作电压磁通和电流磁通发生变化，电磁转盘的驱 在电力电子装置出现以前，变压器是主要的谐波源，它是以３次 动力也发生变化．由此产生了电能表的计量误差。与此同时，由于谐波 谐波为主的奇次谐波，其量值很小，是很有限的谐波源。目前由变压器 和基波的相互叠加的形式存在．波形发生畸变，而电压和电流线圈的 所产生的谐波由于量少已退居很次要的地位，而各种电力电子装置已 铁心是非线性的，磁通不能随波形的变化相应成线性变化。根据电路 成为最主要的谐波源，并且还是丰富的多次谐波的组合。电力电子技 理论可知，只有在相同频率电压和电流相互作用时才产生平均功率。 术的应用不外乎采用整流二极管作整流器件，把交流电变换成直流 电能表在畸变的电压和电流通过电磁元件之后．磁通不与波形发生对 电，因此整流二极管工频整流也就成为电力电子的最基本、最普遍的 应的变化．导致电磁转矩不能与平均功率成正比例，即：电磁感应式电 电能形态ＡＣ，ＤＣ变换形式。众所周知，像一般的开关电源电子整流器 能表在谐波存在时由于不能将不同频率的正弦电压和电流产生的电 及变频调速器、直流电力机车、电化学工业整流等装置，都优先采用桥 磁转矩叠加．不能计量谐波有功电能，从而产生计量误差。 式整流器和大电容器滤波作为ＡＣ／ＤＣ变换器，由于大容量滤波电容 ３．２全电子式电能表 器的存在，使二极管的导通角变得很小，只在交流电压正弦波的最大 全电子式电能表在进行数值计算时，ＣＰＵ可以将包含不同频率的 值附近才开始导通，因此造成交流输入电流波形严重畸变，三次谐波 且按照正弦规律变化的电压和电流的瞬时值分别采样计算。从理论上 有时可能超过基波以上，呈窄尖峰脉冲（图１），故线路功率因数极低． 分析，这样的计算方法能有效地记录负载基波和谐波的总平均功率耗 通常在０．６以下由非线性整流元件使输入交流线路上的电流ｉｓ不再 用值和电量。然而，受谐波电流的流动方向的影响（与负载电流的方向 是交流正弦波形。利用傅立叶公式对周期畸变波形作频域变换，交流 相反），当谐波是从负载流向电网时，由于全电子式电能表是将基波有 进线电流ｉｓ可以表示为工频基波分量（ｉ）ｓ（１如图ｌ中虚线所示）和与 功电能和谐波有功电能进行代数和，这时记录下来的电能量比负载所 频率为工频整数倍的谐波分量（还有次谐波分量）之和。假定电源电压 消耗的基波电能还要小，这是该电能表的最大缺点。另外全电子式电 为纯正弦波，则仅有基波电流才可能传输平均功率，因为它们频率相 能表产生误差的原因是多方面的．如温度、电压电流、频率等外界条 同，相位不等于９０。，产生的平均功率不为零。这种情况下这里整流器 件，电压电流变换组件的分散性．电能量的计算方法等等。这些方面的 的平均输出功率等于电源电压均方根值和进线电流基波均方根值（ｉ） 影响在存在高次谐波时均存在着。 １的乘积，再乘以（ｉ）１滞后于ＵＳ的相位角 １的余弦ｃｏｓ￣ｌ。即： Ｐ＝Ｕ（ｓｉ）ｌｃｏｓ￣ｌ ４谐波环境下准确合理的电能计量方法 视在功率为：Ｓ＝ＵＳＩＳ，其中ＵＳ、ＩＳ都是有效值。 功率因数定义为：ＰＦ＝有功功率视在功率＝ｅｓ 要对谐波环境下电能进行准确的合理计量．主要出发点在于区分 基波（有用）功率与谐波（无用）功率。采用的方法主要有： 从上式可得到：Ｐ ４，１采用频率陡降的电能表（基波电能表），仅能计量基波功率此时， 仅对线性负荷有效，无法对非线性负荷产生的谐波进（下转第２８７页） 科技信息 ０矿业论坛０ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ２０１０年第３５期 井下供车管理办法 郝新士耿明杰李秀军 （河南煤业化工集团鹤煤公司 河南 鹤壁【摘４５８０００） 要】鹤煤公司五矿为资源枯竭衰老型矿井，前进式开拓，矿井目前生产水平主要集中在三水平及三水平延深采区，井下运输距离长 中间环节多，矿车周转紧张，严重的影响了各用车地点生产计划的完成。为此，根据井下施工地点实际用车需求，通过在现场多次写实、摸底 解决了矿车供、需矛盾，制定供车办法，取得了满意的效果。 【关键词】井下；供车；平衡 鹤煤五矿矿井开拓方式为立井、多水平、主下山开拓。由于矿井老 车推到车场。 ５运输区职责。①矿井各水平的把钩工、调车人员、绞车司机必须 化，目前生产水平主要集中在三水平及三水平延深采区，开拓深度 Ｉ．６６０米．井下运输距离长，中间环节多，矿车周转紧张，又由于其中一 交．工时利用率必须饱满。②负责保证井下多个用车单位的供车。 个采煤工作面用矿车出煤，经常发生用车单位和供车单位的供、需矛 ③将井下车场的物料车提运升井，凡在轨道和沿途丢失，由运输区照 盾，严重的影响了各用车单位生产计划的完成。为了保证车辆供应，从 价赔偿。运输途中翻车由运输区负责处理。④运输区要精心组织，狠挖 ２００９年１Ｏ月份开始．制订了井下矿车管理办法，通过这个办法的执 内部潜力、抓好井上、下各运输环节的管理。 行，效果显著。 １．６调度职责。依据（强化调度职能加强安全生产管理的规定），对用 车单位、供车单位进行考核，确保矿井生产计划的完成。 １ 井下单位供车管理内容 从２００９年ｌ０月份开始，成立了井下供车管理领导小组，矿调度 室主任为组长．成员为调度室所有管理人员和调度员。 ２矿井供车的落实及管理 在制订供车管理办法的过程中，矿调度派专人在一水平、二水平、 三水平及三水平延深采区跟班调研、写实。对矿车在各水平轨道回车、 １．１ 岩巷队需求车数及要求。①一５２０车场（三水平延深南翼边界回风 下山、延深皮带扩修），零点班４５辆；八点班４５辆；四点班３Ｏ辆。压车 提升时间、数量进行统计。根据实际写实情况，分析、总结，及时修改、 不得大于２５辆（料车、重车或空车）。②３３０２车场，零点班５辆；八点 补充供车管理办法。 班５辆；四点班５辆。压车不得大于ｌ５辆（料车、重车或空车）。超过的 ２．１要求运输区、岩巷队供、需单位跟班人员每班升井后，必须按时 车数算运输区供车。⑧每班下班后，用车单位跟班人员要及时付给运 到调度室填写供车记录，供车记录必须体现当班供车数量及是否够 输区供车小票。④要配合运输区工作，料车算空车。⑤做到均衡生产， 用。 ２．２为了减少运输区、岩巷队在车辆供应上出现扯皮现象，在调度室 争取重车等空车。⑥零点班、八点班，三水平延深车场上平道必须有八 建立了一个矿车运行记录，具体内容为：要求各水平轨道每班绞车司 辆空车，不得有重车。 １．２采煤队在二水平南翼回采期间车辆要求。①零点、八点采煤班每 机对每次回车、提车时间、挂车数量、地点向调度汇报，做到了调度对 班用车不少于７趟，每趟不少于１６辆车；四点班检修班不少于６趟， 各水平小班供车全程监控。 每趟不少于１６辆车。②每小班进班必须有一趟坐底空车，数量不少于 ３结论 １５辆。大罐底车采煤队负责清挖，二水平翻罐笼运输区负责管理。 １．３煤巷队在１５０７煤柱掘进工作面施工期间车辆要求。①每小班用 从２００９年１Ｏ月供车办法执行以来与原来相比，供车、用车单位 矿车不少于３趟，每趟不少于１５辆，具体供车数必须满足煤巷队生产 矛盾少了，保证了供、需车辆的平衡，通过实施一系列的井下供车管理 要求。②大罐底矿车施工单位负责清挖。 办法，消除ｒ延误供车的各种因素（如：三水平延深轨道供车人员经常 １．４落实供车。各单位井上下需要用矿车、排车，必须提前在晚调度 不交．调车不主动，矿车掉道、占压勾头，不及时向调度汇报等现 会上提出计划，经平衡后运输区落实供车数量，否则，少供一辆对运输 象）。特别是岩巷队由于供车充足，提高了开拓头单进及保证了多个扩 区进行处罚。凡超时压车（ａ、运输区将井下各单位的料车下到指定地 修头的进度，确保了安全生产，优点突出，效果明显，运用管理的手段， 点后，运输区负责通知该单位在／Ｌ￣Ｊ，时内卸车，然后将车推到车场，否 建立了高效的井下供车管理模式。 则＋视为压车；ｂ、各单位回收的物料车升井后，运输区负责通知有关单 位在规定时间内卸车．否则，视为压车。）影响车辆周转的，运输区报告 作者简介：郝新士（１９６３ ３一），男，注册安全Ｉ程师，常年从事技术管理Ｉ 调度室后．调度室做好记录，所压矿车按每辆车每小班双基考核扣０．１ 作。分，以此类推。发现大罐底矿车，运输区要及时清挖，否则，每发现一辆 双基考核扣０．１分。各单位回收的设备及物料车，必须装齐刹紧将矿 ［责任编辑：常鹏飞］ （上接第２５８页）行计量。 种观念在对电能进行计量时是不合理的，计量的准确性愈高则愈不合 ４．２采用分频技术分别计量基波电能与谐波电能及其方向，并利用 理。采用分频技术制成的电能表可有效解决这一问题。 电费杠杆进行调节。用户电费由３部分构成，即基波（实际有用的）电 费，产生或发出谐波电能所应承担的惩罚性电费。能吸收或消耗谐波 ５结语 电能所获得的奖励性电费。 综上所述，谐波不仅影响了输配电和用户电力设备的正常使用， ４．３采取技术和管理２方面的措施，加强对非线性负荷的准人制度， 致使用户的无功功率电费支出增加。而且对其他设备元件也产生了危 切实抑制谐波含量。当谐波含量在允许的范围内时，电能计量的准确 害。在计量回路中应用新型的基波电能表，采用分频技术分别计量基 性能得到保证。传统定义认为，谐波电压（谐波电流）与基波电压（电 波电能和谐波电能，加强非线性负荷的准人制度，将大大降低谐波带 流）共同构成有效电压（电流），谐波功率与基波功率共同构成有效功 来的电能计量误差，维护好企业和用户的利益。 率。因此，要求常规电压（电流）表及有功功率表的频率特性以固定不 变为理想。其实质是将谐波量与基波量同等看待，即谐波影响常规仪 表测量的要害是不能准确反映工频（基波）电气量。在谐波环境下，这 ［责任编辑：张慧］ ２８７
