【標(biāo)準】國標(biāo)GBT14549-93電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波簡介

1、標(biāo)GB/T14549-93電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波簡介諧波國家標(biāo)準是電力工業(yè)部(原能源部)根據(jù)國家標(biāo)準局下達的任務(wù)而負責(zé) 制訂的。從1985年起，起草工作組做了大量課題論證工作，同時學(xué)習(xí)國外的先 進經(jīng)驗和聯(lián)系國內(nèi)實際，完成了標(biāo)準的制訂，并已于1994年3月起實施?；?諧波對電容器的影響，實施諧波國標(biāo)對保證電容器的安全運行有重要意義，為使 應(yīng)用部門對標(biāo)準有進一步的了解，下面對諧波國標(biāo)的起草及其依據(jù)作一介紹。1制訂諧波國標(biāo)的目的隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)、交通等行業(yè)使用的各種換流設(shè)備的數(shù)量越 來越多、其容量亦越來越大，加上電弧爐、家用電器等非線性用電設(shè)備接入電網(wǎng)， 將其產(chǎn)生的諧波電流注入電網(wǎng)，使公

2、用電網(wǎng)的電壓波形發(fā)生畸變。電能質(zhì)量下降， 同時威脅電網(wǎng)和包括電容器在內(nèi)的各種電氣設(shè)備的安全經(jīng)濟運行。因此，把公用 電網(wǎng)的諧波量控制在允許范圍內(nèi)，以保證電能質(zhì)量，防止諧波對電網(wǎng)和用戶的電 氣設(shè)備、各種用電器具造成危害，保持其安全經(jīng)濟運行，并獲得良好的社會效益。 乃是制訂諧波國標(biāo)的目的。2制訂諧波國標(biāo)的基本原則2.1把電網(wǎng)中的電壓總諧波畸變率及各次諧波含有率控制在允許的范圍內(nèi)，保證 供電質(zhì)量，使接入電網(wǎng)中用戶的各種用電器具免受諧波的危害，保持正常工作。 2.2限制諧波注入電網(wǎng)的諧波電流及其在電網(wǎng)中產(chǎn)生的諧波電壓，防止其對電 網(wǎng)發(fā)供電設(shè)備的干擾，保證電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行。2.3在總結(jié)現(xiàn)有經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，

3、結(jié)合我國情況，提出有科學(xué)依據(jù)和向國際先進 標(biāo)準靠攏的規(guī)定，有其科學(xué)性、實用性和先進性。3適用范圍適用于交流頻率為50Hz的標(biāo)稱電壓110kV及以下公用電網(wǎng)，及其供電的電 力用戶。對220kV電網(wǎng)及其供電的電力用戶，可參照110kV執(zhí)行。主要原因有：(1)220kV電網(wǎng)的諧波電壓直接受330kV或500kV電網(wǎng)諧波電壓的影響。目 前國內(nèi)外都還沒有經(jīng)驗，也沒有明確的規(guī)定。(2)220kV電網(wǎng)的輸電線路的充電功率較大(每100km約25MVA)，而輸電潮流 是變化的，控制220kV電網(wǎng)的諧波還沒有成熟的經(jīng)驗。在某些情況下，還難以避 免對低次諧波(例如3、5次)的放大。(3)直接用220kV電壓供電的

4、用戶數(shù)很少。(4)目前許多220kV電網(wǎng)使用的電容式電壓互感器(CVT)測量諧波電壓的誤 差很大，在沒有適當(dāng)?shù)念l率誤差補償時，用于諧波電壓的測量，沒有實際意義。4制訂諧波國標(biāo)過程中研究和論證的主要課題制訂諧波國標(biāo)過程中研究和論證的主要課題有：研究國外有關(guān)限制電網(wǎng)諧波的標(biāo)準；諧波源的諧波迭加；各級電網(wǎng)電壓總諧波畸變率限值及各次諧波電壓含有率限值；用戶注入電網(wǎng)的諧波電流允許值；諧波的測量方法及數(shù)據(jù)的處理；低壓電網(wǎng)諧波對電動機的影響；諧波對并聯(lián)電容器的影響；諧波對繼電保護和自動裝置的影響；組織有關(guān)部門對部分電網(wǎng)的諧波進行實測和普查。5諧波國標(biāo)中的幾個基本問題5.1不同諧波源的迭加計算電網(wǎng)諧波電壓和電

5、流往往由多個諧波源產(chǎn)生，因而不同諧波源的迭加計算是 制訂諧波標(biāo)準的重要基礎(chǔ)，當(dāng)兩個諧波源分別產(chǎn)生的不同諧波A及B之間的相 h h位角九確定時，其合成的同次諧波按余弦定理計算：<= V41 土跳一2 月, 口唄(1)對于兩個諧波源的同次電流I和I在一條線路上迭加，當(dāng)相位角0已知 時，其疊加后的諧波電流Ih為：h1h2h(2)但是，在實際電網(wǎng)中，無論是諧波電壓或諧波電流的相位關(guān)系均有一定的隨 機性，例如諧波源的基波電壓，因受電力系統(tǒng)潮流隨機變化的影響，其相位角作 隨機變化；諧波源工況的變化，導(dǎo)致基波功率因數(shù)角作隨機變化；諧波源負荷的 波形，受到各種隨機因素的影響，也會偏離于典型形狀，從而造成

6、諧波電流相位 角的隨機變化。諧波國標(biāo)起草工作組通過研究，在專題報告中得出，當(dāng)基波電流 相位角變化為正態(tài)分布，則其主要諧波電流相位角差角也呈正態(tài)分布的近似結(jié) 論。同時結(jié)合系統(tǒng)潮流計算的一些統(tǒng)計結(jié)果，考慮參予合成的諧波源一般比較鄰 近的特點，得出相位角0卜不確定時，可按下列公式進行合成計算：+%*/*/*?式中：kh系數(shù)按表1選取。h35711139、13偶次kh1.621.280.720.180.080兩個諧波源在同一節(jié)點上引起的同次諧波電壓的迭加計算與上貳2)與(3)類同。諧波國標(biāo)在研究各級電網(wǎng)電壓總諧波畸變率的分布規(guī)律時，應(yīng)用了下式：C2=A2+B2+AB(4)式(4)雖有一定誤差，但對于諧

7、波估算還是可用的。必須說明的是，國際大電網(wǎng)會議3605工作組所推薦的合成計算式為：Ih=(Ih a+Ih a) 1/a(5)式中：系數(shù)a按表2選取。表2h3571113h>13a|111L41.42比較式(3)和(5),可以看出，對于13次以上諧波，兩者結(jié)果是一樣的；對于13次以下的主 要諧波，按式(5)作合成計算，其等值的相角差較小，這樣會導(dǎo)致對用戶諧波限制較嚴，國 標(biāo)中未予推薦。5.2低壓電網(wǎng)電壓總諧波畸變率允許值低壓電網(wǎng)中的電壓總諧波畸變率允許值是確定各級中、高壓電網(wǎng)電壓總諧波畸變率的基 礎(chǔ)。同時由于絕大多數(shù)電氣設(shè)備都是從低壓電網(wǎng)取得電源，所以確定低壓電網(wǎng)的電壓總諧波 畸變率，保證

8、這些電氣設(shè)備免受諧波的干擾，具有很重要的意義。國標(biāo)確定低壓：0.38kV)的 電壓總諧波畸變率為5%,主要根據(jù)為：(1)對交流感應(yīng)電動機，根據(jù)定子繞組等值發(fā)熱條件求出等值負序電壓和諧波電壓的關(guān) 系，考慮在正常負序電壓2%的前提下，不顯著地縮短電機的壽命，允許電壓總諧波畸變率 約為5%。(2)根據(jù)電容器的過電壓和過電流能力，分析了各次諧波電壓和基波電壓迭加，使電容 器的壽命不致因局部放電和增加發(fā)熱而顯著地縮短，低壓電網(wǎng)電壓總諧波畸變率應(yīng)控制在 5%以內(nèi)。(3)國外有代表性的電子計算機(如：IBM370/145、IBM430等等)，對電源電壓總諧波畸 變率的要求均為不大于35%。我國正在制訂中的電

9、子計算機機房設(shè)計規(guī)范(國標(biāo))中， A級標(biāo)準電源電壓總諧波畸變率的要求為不大于5%。電網(wǎng)標(biāo)稱電壓(kV)電壓總諧波各次諧波電壓含有率()畸變率()奇次偶次0.385.04.02.064.03.21.610353.02.41.2661002.01.60.8國標(biāo)中諧波電壓以相電壓中含量為準。實際測量表明，相電壓諧波含量往往大于線電壓諧波 含量。5.4用戶注入電網(wǎng)的諧波電流允許值要控制電網(wǎng)中的諧波電壓，就必須限制諧波源注入電網(wǎng)的諧波電流。國標(biāo)中，確定允許 每個用戶注入電網(wǎng)諧波電流值的方法為：(1)先確定諧波源對本級電網(wǎng)引起的總諧波電壓允許值。由于各級電網(wǎng)電壓總諧波畸變 率限值中包含上一級電網(wǎng)傳遞到本級

10、電網(wǎng)的諧波電壓，所以根據(jù)諧波迭加原理，要將本級電 網(wǎng)電壓總諧波畸變限值中，扣除上一級電網(wǎng)傳遞到本級電網(wǎng)的諧波電壓后，才是本級電網(wǎng)諧 波引起的總諧波電壓值。(2)求得本級諧波源允許引起的總諧波電壓后，據(jù)此可以求出一個公共連接點注入電網(wǎng) 的總諧波電流允許值。國際大電網(wǎng)會議3605工作組的報告認為。上級電網(wǎng)對下級電網(wǎng)的諧波電壓傳遞系數(shù) 約為1，如考慮網(wǎng)絡(luò)元件(例如變壓器)阻抗，該系數(shù)應(yīng)小于1；但有時存在諧振放大因素， 使傳遞系數(shù)大于1。國標(biāo)中取傳遞系數(shù)為0.8。由于220kV電網(wǎng)未給出諧波電壓限值，因此 特定220kV對110kV電網(wǎng)的諧波電壓傳遞量為：總畸變0.8%；奇次0.6%；耦次0.3%。在

11、 同次諧波合成(即由上級電網(wǎng)傳遞下來和本級諧波源產(chǎn)生的諧波電壓值合成)時，均用式(4)。C2=A2+B2+AB則J5- /取73加一 5H(6)利用表3和式(6)可以求得各級電網(wǎng)由本級諧波源產(chǎn)生的諧波電壓限值如表 4所示。表4各級電網(wǎng)諧波源產(chǎn)生的諧波電壓限值電網(wǎng)標(biāo)稱 電壓(kV)電壓總諧波各次諧波電壓含有率()畸變率()奇次偶次0.382.62.11.162.21.80.910351.91.50.7661001.51.20.6對3次諧波按非特征諧波(偶次諧波)處理，因為若系統(tǒng)中存在較大的3次諧波，許多場合會 被電容器組放大，可能造成危險的諧波過電壓，危及電容器組和其它設(shè)備安全運行。但考慮 到國

12、內(nèi)電鐵、電弧爐等負荷的3次諧波較大，以及目前電力系統(tǒng)的實際情況，在國標(biāo)中將其 比例一律放寬到以60%奇次諧波電壓含有率限值來計算3次諧波電流允許值。諧波電流允許值(A )的計算公式為："1的"液八人八仃一1(7)式中：S (MVA)一基準短路容量HRUh(%)第h次諧波電壓含有率UV)電網(wǎng)標(biāo)稱電壓為確定每個用戶注入電網(wǎng)的諧波電流允許值，國標(biāo)起草時曾考慮了二個方 案：(1)根據(jù)國際大電網(wǎng)會議3605工作組提出的方法，即按用戶的協(xié)議用電容 量占本地區(qū)電網(wǎng)的供電容量的份額，計算出允許該用戶注入電網(wǎng)的諧波電流。(2)將本級電網(wǎng)的諧波源引起的總諧波電壓的50%留給小用戶，其余的50%

13、 分配給12個大用戶，并按此計算出每個用戶注入電網(wǎng)諧波電流允許值。第二方案可以對每個用戶的允許值作出規(guī)定，執(zhí)行方便，但對每個用戶不盡 平等，第一方案對每個用戶是平等的，分配比較合理，但無法具體確定每個用戶 的允許值，需在執(zhí)行時進行計算，國標(biāo)采用第一方案。某個用戶的諧波電流允許 值由下式確定：I =I (S /S ) khi h i t(8)式中：S第i個用戶的用戶協(xié)議容量。Si一公共連接點的供電設(shè)備容量。ta一相位迭加系數(shù)按表5取值。h 3 5 7 11 13 9、13 偶次1.11.21.41.81.9當(dāng)實際的公共連接點的短路容量Sk不同于基準短路容量Sk時，式（8）中Ih值應(yīng)按下式換算為【

14、h:為了方便在諧波監(jiān)測與治理工作中，對用戶的諧波電流允許值進行計算，中 國電機工程學(xué)會高次諧波分專委會已組織人員根據(jù)國標(biāo)提供的原則和公式，編制 了一份“計算各類用戶注入各級電網(wǎng)的各次諧波電流允許值”軟件。該軟件操作 使用簡便，只需將所考慮的諧波電流的最高次數(shù)（不超過97次）、母線標(biāo)稱電壓、 實際短路容量、用戶變壓器及用電協(xié)議容量等參數(shù)輸入計算機，即可顯示或打印 出所需的各次諧波電流允許值，從而大大簡化工作人員的計算工作量。6測量諧波的方法與數(shù)據(jù)處理測量諧波的方法必須根據(jù)快、慢變化不同的諧波源而選擇不同的測量間隔。 為了區(qū)別暫態(tài)現(xiàn)象和諧波，根據(jù)國際大電網(wǎng)會議3605工作組建議，每次測量 結(jié)果應(yīng)為3秒內(nèi)所測值的平均值。其計算式為：（10）式中：uh（t）為t時刻第h次諧波電壓； t 為 3s。由于目前廣泛使用數(shù)字式諧波分析儀，故國標(biāo)中按離散采樣給出推薦式：（11）式中：Uhk-3s內(nèi)第k次測得h次諧波電壓（方均根值）；m-3s內(nèi)取均勻間隔的測量次數(shù)，m>6國標(biāo)要求在進行諧波測量時，應(yīng)選擇在電網(wǎng)正常供電時可能出現(xiàn)的最小運行方式，且應(yīng) 在諧波工作周期中產(chǎn)生的諧波量大的時段內(nèi)進行（例如：電弧煉鋼爐應(yīng)在熔化期測量）。當(dāng)測 量點附近安裝有電容器組時，應(yīng)在電容器組的各種運行方式下進行測量。測量的諧波次數(shù)一 般可取219次。由于諧波的波動性，宜用概率