非线性负荷治理的意义

随着国家工业的高速发展，冲击性负荷越来越多，例如高频冶炼、石油开采、开采机、挖掘机、高速自动点焊、高速拔丝、直流调速的电器设备等。冲击负荷在计量上又称为非线性负荷，其主要体现为电流变化速度快，范围宽，超负荷运行范围大，无周期规律变化，谐波含量高，并且各次谐波含量及方向千差万别，同时伴有大量的电压闪变。这些负荷对电网运行造成冲击，甚至影响电网的稳定性，同时会危害电力设备的正常运行，非线性冲击负荷对电能计量影响更大，因为目前绝大多数的电能表、互感器的设计原基础理都基于正弦波功率理论，设计时均未考虑严重的超负荷时造成互感器及电表的磁饱和及波形畸变的影响，因此这类设备根本不能适应非线性负荷的计量，不能正确的反应负荷从电网中吸收的电能，且冲击负荷电流变化非常快，所以要求互感器有足够的计量频宽，电能表有足够响应速度，因此应用传统的计量方式，计量非线性的冲击负荷，必造成严重的计量误差，据测算这种误差大时可以造成10以上的计量线损，给电力企业造成巨大的经济损失，而解决非线性负荷对计量的影响，就必须解决以下问题：

(1)电流互感器采用超宽频的负荷范围已解决非线性超负荷及波形畸变时的磁饱和问题。

由于冲击负荷表现为高倍数、短时间的超负荷，一般可达5至10倍额定电流，同时伴有大量的谐波，而传统电流互感器达到1.5倍额定电流时即发生磁饱和，一次电流再大，二次也不能真实的反应，造成的电能表采样的失真。同时当运行负荷低于额定负荷20时，由于计量精度达不到0.2，再次造成漏计电量。这是流失电量主要的原因。（如图1）

（2）电能表的响应速度及量程范围窄问题

（3）电压的闪变问题

闪变是由于非线性负荷产生的谐波造成的对电压的电磁干扰，负向的闪变，可以造成电压负向的误差，从而少计电量，当采用采样速度较高的电表时，这一问题将更加突出。

非线性负荷的计量方式是我公司针对以上问题，同华北电力大学及国家计量院电能所联合研究，推出的一种崭新的计量方案，并申请了的发明专利。从2010年推向市场的近百台项目运行情况看，效果显著，对于90以上是非线性负荷的高耗能用户，大追回漏计量费达到10.5，平均在5以上，该项目曾获得了北京市2011年高新技术推广奖，其有如下特点。

1 、针对冲击负荷短暂短的高倍数超负荷问题，电流互感器采取了线性度极宽的零磁通电流互感器扩大互感器的量程。冲击负荷一般的电流范围在额定负荷Imin~Imax，1~1000之间，普通CT只能满足1~120的误差精度，当达到额定负荷的150时一般进入饱和区，即使负荷再增加，吸收的电网能量也不能被电能表计量，这是冲击负荷少计量主要的原因，为了保证宽范围内计量精度，本型产品的电流互感器采取无源的零磁通补偿技术，所谓的零磁通是通过一个叠加在主互感器上的辅助互感器提供反向的电动势来补偿阻抗产生的压降，从而不需要主互感器的磁通提供电动势，实现主互感器磁通为零，由于没有励磁损耗，其可以在宽负荷范围内获得非常高的计量精度，从而实现1~1000范围内互感器的误差特性均保持在0.2S范围内，这对冲击负荷的计量尤为重要，因为冲击负荷的超负荷区恰是其吸收电网能量大的区域，而传统互感器也进入了严重饱和区，不能正确计量，这是丢失电量的主要原因。

为保证电能表的测量范围，满足冲击负荷的要求，本型产品的电流互感器二次输出为1A，并采用1×25的25倍的宽范围电能表，当冲击负荷达到20倍额定电流时，仍能保证电能表的采样互感器不发生磁饱合。

2、采用冲击负荷专用高采样速度的电能表。

该表具有超宽的电流动态范围：1(25)A或0.3(6)A，捕捉负荷的电流冲击;，高速采样及宽量程无级放大技术，准确反映冲击性负荷的瞬时动态信息;，新型传感技术结合专用算法，大大提高谐波计量准确度，2-50次谐波功率误差低于1;，宽动态范围内0.2S级有功计量精度，1级无功计量精度，电能质量监测功能(实时谐波分析、电压不平衡事件记录

3、加装智能负向闪变吸收器

为减少计量装置漏计电量，本型产品在电压互感器的二次回路上，并接智能负向闪变吸收器，通过电子电路吸收谐波造成的负向闪变信号，减少负向闪变造成的电量误计。

通过以上措施，本型产品有效地解决了冲击负荷对电能计量的影响。在以后的实际应用中，对纯非线性负荷，大追回漏计量费达到10.5。

4、主要技术参数

表1      JLSFX-12W₂电压部分技术参数

表2      JLSFX-12W₂电流部分技术参数