电铁谐波对计量影响的分析.doc

电铁谐波对计量影响的分析 ?????1 . 电气化铁路由于具有运输能力大、能源消耗少、运营成本低、行驶速度快、环境维护和工作条件好等优势，今年来得到了快速的发展。我国的电气化铁路采用的是25kv单相工频供电，电铁牵引负荷具有非线性、冲击性和波动性的特点，对电力系统造成谐波和负序污染。由于电铁谐波的影响，造成了供电电压波形和电流波形的畸变，而电压电流波形畸变大小又直接对电能计量误差产生不同的影响。而电能计量准确与否以及计量是否合理直接影响到三者的经济利益及交易的公平性。因此，研究分析电铁谐波对电能计量的影响显得尤为重要。 ?????2 .电铁牵引供电的特点 从铁路牵引用电情况看，牵引变电所不但是三相不对称负荷，更是一个谐波源和负序电流源，是波动性、冲击性负荷。电力机车产生的谐波电流也经过接触网汇总到牵引变电所再注入电网。铁路电气牵引用电负荷具有以下特点。 （1）单相工频负荷。牵引接触网接于牵引变电所低压侧两相间，机车直接从电网吸取工频功率，在用电结构上属于单相负荷，三相不对称，产生负序电流注入电网，引起负序电压。 （2）单相冲击负荷。随着列车重量、加速度、运行速度、线路坡度（上下坡）、线路曲率半径、牵引制动等变化，负荷发生波动和急剧变化，产生瞬时或短时冲击。 （3）单相整流负荷。对于直流机车来说，电力通过机车变压器和机车整流设备整流后供给机车多台直流电动机。由于整流，在向电网吸取基波电流的同时还向电网注入大量的谐波电流，并产生谐波电压。同时，由于在整流中消耗较多的无功功率，再加上机车变压器和接触网消耗，牵引负荷中无功电流大，功率因数较低。 ????? 3 .电能表分类 电能表按照工作原理可分为感应式和电子式两种。感应式电能表具有结构简单、操作安全、维修方便、造价低廉、耐用等优点。电子式电能表与感应式电能表相比，除了具有测量精度高、性能稳定、功耗低、体积小、重量轻等优点外，还易于实现多功能计量，可现场校验和检索多种计测数据，便于数据采集和处理及集中监控。 表1 感应式电能表与电子式电能表性能比较 比较项目 感应式电能表 电子式电能表 准确度等级 0.5~3.0 0.01~2.0 频率范围 45Hz~55Hz 40Hz~1000Hz 启动电流 0.003Ib 0.00011Ib 过载能力 4倍 5~10倍 功率消耗 大 小 外磁场影响 较大 小 ???? 4 .谐波对电能计量准确性的影响 （1 电能表的频率特性是研究波形畸变对电能表计量影响的重要依据，电能表频响曲线平坦与否，对它在谐波功率下计数误差影响很大。因此，研究感应式电能表在谐波下的运行情况，首先应考虑其频响特性。 感应式电能表接入电路，当频率发生变化时就产生附加误差，这主要有以下几个方面的原因：①转盘并非是一个纯电阻，其中有感抗分量，当频率升高时，转盘的等效阻抗及其阻抗角随频率的升高而增大，使电能表的转速变慢；②电流线圈磁通量随着频率的增加而减小，磁通的减小，导致驱动力矩减小，试电能表转速减慢，产生负误差；③电压线圈磁通量随着频率的增加而减小，使驱动力矩较小，电能表误差向负方向变化；④负荷补偿力矩与频率成反比，频率升高时，补偿力矩减小，使电能表产生误差，并且这种影响的大小随着负荷大小而变化，负荷电流愈小影响愈大。虽然由于电流和电压工作磁通的减小也将带来制动力矩的减小，使电能表的误差向正的方向变化。但当频率偏离工频较远时，上述因素将占主导地位，因此总的看起来当频率增高时，电能表将产生负误差。 当存在谐波功率是，电能表反映的电能值E′可以表示为： ?????????? E′=C1E1+∑ChEh ???式中E1、Eh分别为基波和h次谐波电能值，其符号可正可负，由实际谐波潮流方向决定； C1、Ch—电能表所反映的与基波和h次谐波电能成比例的系数。 对于感应式电能表，在通常情况下C1仍然逼近理想值1；当THDi在50%以下时，C1在10.05范围内。C1稍微偏离1的原因有以下两点： ①???即便输入电能表的电压或电流存在谐波分量时，作用于转盘的转矩仍有谐波分量，使电能表反映出谐波功率。这种谐波功率有随机性，有时是正值有时是负值，长时期的累计电能误差较小。②谐波的存在及其发热效应，会或多或少地影响电能表内某些元件的磁、电和机械性能；但在实际遇到的输入电压和电流的畸变情况下，这种影响也很小。 根据实验，Ch偏离1的幅度主要取决于谐波功率产生的转盘转矩小于等值基波工频功率产生的转盘转矩，h值越大，转矩越小，Ch也越小。当输入电压和电流的THD值都为20%时，C5≈0.4,C7≈0.28。 根据以上的分析可以看出，从电能计量准确性这