用基波电能表消除电网谐波所引起的电量正误差

【摘要】供用电双方的电能表都经过计量检定部门检定并具有计量检定证书，但是计量的结果为什么会相去甚远呢？，原因就在于电能表检定时的实验室标准检定条件与电能表工作时的现场条件相差很大，大量的高次谐波在电网上的存在，使电能表的实际工作环境严重偏离了送检时电能表的检定室标准工作环境，从而使电能表的现场计量产生很大偏差，建议用基波电能表消除电网谐波所引起的电量正误差。

【关键词】电能计量 基波电能表 电网谐波 正误差

1 现状与问题

电能是原油生产的主要能源，于是电费就很自然地成为采油厂生产成本的重中之重，但是电费的考核结算又依赖于电能的准确计量，没有准确的计量就没有令人可信的依据，供用电双方就会发生许多纠纷和扯皮事件，目前我们的矿区供用电某些计量点就面临这样的情况，个别计量点有时问题还相当严重，供用电双方都宣称自己的电能表经过计量检定部门检定并具有计量检定证书。事实上也确实如此。那么供用电双方各以自己经过检定的电能表的计数为依据而结果为什么会相去甚远呢？其根本原因就在于电能表检定时的实验室标准检定条件与电能表工作时的现场条件相差很大。标准检定条件下，电源与负载之间只流动着纯工频的电压和电流，它不含任何其它频率的高次谐波。而现场条件下，电网上除了包含有工频基波外还包含有大量的高次谐波。从电能计量角度来看，正是这些大量的高次谐波在电网上的存在，使电能表的实际工作环境严重偏离了送检时电能表的检定室标准工作环境，从而使电能表的现场计量产生很大偏差。实践证明高次谐波对电能表的影响总是使电能表产生正误差，正误差最高时可达20% 。这样一来，电能表的计量结果就有利于供电公司而不利于采油厂，使采油厂遭受很大的经济损失。

为解决这一难题，我们提出合理化建议：用基波电能表消除电网谐波所引起的电量正误差。因为基波电能表只计量基波电能，而不计量各种高次谐波电能，因此基波电能表得到是正确的电能计量结果。在供用电双方争议较大的计量地点安装基波电能表，能够较好地维护采油厂的经济利益。

2 解决问题的思路

2.1 高次谐波影响普通电能表的理论分析

采油厂的用电负载基本上都是电动机，电动机所做的功只和它从电网得到的基波电能成正比，电网上的高次谐波并不能使电动机多做功，相反高次谐波对电动机来说不仅无益而且有害。从电能计量角度来说，普通电能表无论是机械式还是电子式都无法排除高次谐波的影响，因此其现场计量精度要远小于其标称精度。查阅相关资料，根据吴竟昌主编的《供电系统谐波》一书所提供的计量权威部门的实验结果：“谐波功率在转盘式电能表圆盘上产生的转矩小于等值基波功率产生的圆盘转矩，谐波次数越高转矩越小。若用功率相同情况下各次谐波转矩与基波转矩的比来表示，则典型数据如下：k3=0.6（三次谐波的转矩等价系数），k5=0.4，k7=0.28 “（注：更高次的奇次谐波其幅度本身已很小，再加上其转矩等价系数也很小，所以可忽略其影响）。而普通电子式电能表对谐波功率的响应是和对基波功率的响应相同的（即kh=k1=1）。传统观念认为电子式电能表在输入波形畸变的电压和电流时仍旧计量最精确，但事实却并非如此，普通电子式电能表把有害的谐波和有益的基波等量齐观，因而在电网上有高次谐波存在时，它的计量误差要大于感应式电能表。

由以上数据我们可以看出：高次谐波对普通电能表的影响是显著的，它会使普通电能表的计量数值明显地大于实际所用电量。2.2 高次谐波影响普通电能表的实验室验证

利用技术监督中心仪器仪表校准站的电能表校验台在两种情况下对普通电能表的计量结果进行比对。一种情况是让电能表校验台提供纯工频电源，另一种情况是除了让电能表校验台提供纯工频电源外还附带提供幅值为基波幅值三分之一倍的三次谐波信号。比对结果表明最严重的情况下，高次谐波对普通电能表的影响可达到20%的正误差

2.3 实施方案

由上述理论分析和实验验证我们知道：由于油田电网上存在着大量的高次谐波，从而使普通电能表（无论是机械式还是电子式）所计量数值明显地大于实际所用电量，给采油厂带来很大的经济损失。要解决这一问题，所使用的计量装置必须要做到只计量基波电能，而不计量各种高次谐波电能。基波电能表正好具备这样的功能，基波电能表是专为解决现场高次谐波影响而设计的电能表，它只计量基波电能，而不计量各种高次谐波电能，因此基波电能表能得到正确的电能计量结果。在供用电双方争议较大的计量地点安装基波电能表，能够较好地维护采油厂的经济利益。

3 现场应用与效果分析

现场试验安装基波电能表地点的选取，以供用电双方争议较大的计量地点作为首选，经筛选，我们发现某注水站1#泵的实际注水量与变电所对1#泵的用电量计量存在明显差异。经供电公司同意，我们在变电所对注水站1#泵进行电能计量的普通电子式电能表的旁边，加装一块基波电能表，用普通电子式电能表与基波电能表同时对1#泵进行电能计量，以进行现场比对。经6个月的现场比对，普通电子式电能表对1#泵所计量的用电量为：567.00万度，而基波电能表对1#泵所计量的用电量为：504.63万度，由此可知基波电能表对1#泵所计量的用电量比普通电子式电能表对1#泵所计量的用电量减少了62.37万度。

经济效益及社会效益：

（1）经济效益：

工业电价按0.596元计算，一块基波电能表的单价为6800元；

经济效益=62.37×10000 ×0.596-6800=364925.2（元）≈36.5万元；

（2）社会效益：

①既维护了采油厂的合法权益，又不使供用双方矛盾激化；

②保证了油区用电计量工作的科学性、准确性和公正性。

参考文献

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[5] 向铁元，张鹏，温先卫.感应式电表谐波计量误差软件 [J].中国仪器仪表，2004