从IEC电磁兼容标准看电网谐波国家标准.doc

从IEC电磁兼容标准看电网谐波国家标准1概述礼经电器目前，由于非线性负荷（例如晶闸管电力电了装置、电弧炉、家用电器等）对电网的谐波“污染弔益严重，已引发电网不少杲常和事故（例如电机的烧损，电度计量不准，电容器组不能正常投运，继电保护和自动装置误动跳闸进而引起系统人面积停电事故等）合理控制谐波不仅对电网，而且对广人用户均具有重要意义1993年我国颁布电能质量系列标准之一的国标GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》,对于公用电网各级（380V〜220kV）谐波电压限值以及对用户的谐波电流指标分配作出了规定，还规定了测量仪器和测量方法以及相关的计算标准颁布以来，电力部门以此为依据，实施对电网谐波的控制和管理，取得了不少成绩但执行中也发现一些缺点和不足近年来国际电工委员会（IEC）陆续发布了IEC61000系列电磁兼容（EMC）标准我国国家质量技术监督局已决定在国内“等同"采用，并将陆续颁布实施本文主要根据这套标准中有关谐波的规定,并结合执行国标的经验来分析国标中存在的主要问题，指出进行修订的必要性和紧迫性2关于电网各级电压的谐波限值各级电压的谐波限值是谐波标准的基础，国标中的规定见表loIEC61000-3-6《中压和高压电力系统中畸变负荷发射限值的评估》中对系统电压Un等级划分作了如下规定：表1我国公用电网谐波电压（相电压）限值电网标称电压/kV电压总谐波畸变率/%各次谐波电压含有率/%奇次偶次0.385.04.02.064.03.21.6104.03.21.6353.02.41.2663.02.41.21102.01.60.8•低压(LV)：Un210.2100.5191.5120.2231.5>120.2251.5>250.2+1.3-(2.5h)[FS:Page]注：总谐波畸变THD为8%o对比表1和表2可以看出：(l)IEC的规定对谐波次数比较重视。

将不同次的谐波作不同的规定,此比国标要细得多从IEC的规定看，谐波次数较高的谐波电压限值要严于（低于）谐波次数较低的限值，而“3的倍数"次谐波限值要严于（低于广非3的倍数”次谐波限值这些规定总体上和负荷产生的谐波水平相符合⑵对于电压总谐波畸变率（THD）,IEC为8%,而国标最人为5%（低压）这个差别较人，相应地也表现在单次谐波的限值上将THD定为8%,当时在国外是有争论的有的专家认为，如将这么高的谐波电压叠加到供电电压上，一些装置（例如基于现有国家标准制造的电容器）可能会过载，因此采用THD为8%要待相当长时间（10〜20年）后才有可能⑵这是10年前的争论意见目前看来，将中、低压谐波电压THD限值提高，向8%靠拢是人势所趋但要改变国标5%的规定则应进-步调研一些电工产品（或装置）承受谐波的标准也应作相应的调整后才有可能须指出，IEC61000系列标准是为协调各国电磁干扰方面的标准而制定的一个参考值（即兼容值），它是制定各国相关标准的基础例如，电能质量中谐波标准应以IEC61000-3-6等规定为基础，其允许值不应超过兼容值，比兼容值小（或严）一些，留有一点裕度是正常的，以确保不造成过人的谐波干扰；制定电气设备耐受谐波干扰的标准时，就不能低于兼容值，而应略人些，以使设备有足够的抗扰能力。

IEC61000-3-6中还提出谐波的“规划直，概念规划值”等于或低于兼容值，由电力企业根据电网结构和其它条件确定，以作为企业内部质量目标值（即实际控制依据）表3为谐波电压规划值的一个例子由表可见，在“规划值”中，高压的谐波值要严于中压值，中压的谐波值要严于中、低压兼容值这主要考虑了谐波传递的影响，这同制定国标时的思路是人体相符合的奇次谐波（非3的倍数）奇次谐波（3的倍数）偶次谐波谐波次数谐波电压谐波次数谐波电压谐波次数谐波电压h/%h/%h/%MVHV・EHVMVHV・EHVMVHV-EHV55234221.61.574291.214111131.5150.30.360.50.5132.51.5210.20.280.40.4171.61>210.20.2100.40.4191.21120.20.2表3MV,HV和EHV系统中谐波电压规划值231.20.7>120.20.2251.20.7>25注：总谐波畸变率THD,中压网为6.5%,高压网为3%总之，不能把IEC制定的电磁兼容标准当作电能质量的标准，两者既有联系也有区别，概念上应分清楚3用户谐波指标的分配在国标中用户i的第h次谐波电流的允许值“用下式计算：gnsjsy⑴式中Ih为公共连接点(PCC)上总的第h次谐波电流允许值；&为第i个用户的用电协议容量；&为公共连接点的供电设备容量；a为相位叠加系数。

在IEC61000-3-6中推荐了两种方法，一种方法基本同式(1)但在-些量的处理上国标和IEC是有些差别的1)关于Ih的确定在谐波国标中，Ih根据3个条件确定：1) 各级谐波电压限值；2) 扣除上级对本级的传递影响；3）规定基准短路容量Sk,并以此为基础，用简化公式推导系统等值电&抗若实际短路容量Sk和Sk不同，则电流限值乘以瓦如表1所列，国标中将谐波电压按奇次和偶次分两人类，偶次谐波电压为奇次的0.5倍在按上述3个条件计算Ih时，对于3的倍数奇次谐波（例如3,9,15...）还乘上系数0.6,即按接近于偶次谐波电压限值来对待这对于特征谐波为3次的用户（例如交流电弧炉，电气化铁道）的限值就显得过严同样，电网中还有特征谐波为2次的用户（例如交流电弧炉），按同样办法计算的限值也显得过严按IEC的规划值例子看（见表3,IEC中对用户谐波分配的总量是以规划值为基础的）,对于高压（HV）系统，5次谐波电压取为2%,3次也取为2%,5次和3次的比例为1：1,高于国标1:0.6比例；二次谐波取为1.5%,5次和2次的比例为1:0.75,也高于国标的1:0.5比例2）&和&的确定Si是用户协议用电容量。

它由供用电协议确定，但目前执行中将只能作事故（或检修）备用的设备容量也计算在协议用电容量中是不合理的；St作为供电容量，无论是国标或IEC标准中均未明确取法但国标中明确Sk是取最小短路容量，即式⑴中的h是最小短路容量卜•的允许值，因此,应按对应方式的取值才是合理的而实际执行中，有人主张一律都用全部供电设备容量来计算，这样也就导致对用户限制过严的结果，使标准在某些场合下难以执行IEC对用户的分配是先求谐波电压：久=3（S/SW・⑵再求谐波电流lhi=UhJZh⑶式中Zh为第h次谐波阻抗显然，利用式（2）、（3）分配理论上较严格，但Zh的确定未作推荐而国标实际上是采用短路容量Sk换算出来的基波阻抗h倍作为谐波阻抗这样做便于执行，但有时误差较人此外，国标中还缺乏在多电源情况下如何确定&的方法这在IEC61000-3-6中已有规定（本文从略），完全可以借鉴⑶相位叠加系数a表4列出国标中相位叠加系数a值和IEC61000-3-6中a值的对比国标IEC61000-3-6Haha31.1<51.051.25〜101.471.45〜101.4111.8>102.0131.9>102.09>13偶次2.0>102.0从表4看，国标中系数a比IEC细化些，但两者没有本质差别。

4关于谐波测量问题在国标中对谐波测量仪器准确度的要求和IEC61000-4-7（文献5）的要求相-•致但对负荷变化快的谐波，推荐用下式计算：⑷式中Uhk为3s内第k次测得的h次谐波的方均根值；m为3s内取均匀间隔的测量次数，m>6o这个规定来源于较早的文献［4］,在新近的文献［5］中并未出现文献［5］中将谐波按变化性态分为3类：①准稳态（慢变化）谐波;②波动谐波；③快速变化谐波标准中对测量这3类谐波用的快速傅立叶变换（FFT）仪器取样窗宽提出了基本的要求（80〜500ms不等）,如表5所列表5FFT仪器窗宽的基本要求谐波的类型建议的窗宽Tw/s附加要求准稳态0.1〜0.5窗口间可以有间隔波动0.32（矩形）0.4〜0.5（汉宁）无间隔窗口一半交叠快速变化0.08〜0.16（矩形）无间隔表5的规定没有在国标中反映国内的仪器似乎约定俗成，窗宽均取工频的1个周期这样的仪器在测量一般带有波动性的谐波时会造成附加误差所谓波动性，系指谐波中含有次谐波（f<50Hz）分量因为次谐波分量会造成工频1个周期的波形上下偏移，也就是前半周和后半周的人小和形状发生变化，如图1所示图］工频和次谐波波形的合成如取-个工频周期分析波形3,可以证明除于基波外,还有较人的2次、4次等偶次谐波分量。

这种情况在分析电弧炉波形时相当明显表6列出了一台90t交流电弧炉，用不同窗口宽度（矩形窗）测得的35kV谐波电流值（用英国PA4400高精度电力谐波分析仪，现场实测记录）可以看出用宽窗口测得的谐波含量明显减小，特别是偶次谐波（2次，4次）这是因为用宽窗口取样，基波变为高次谐波（例如400ms窗口相当于20个工频周期，则工频为分析结果的20次谐波），主要的次谐波成分（即（1）/（20）次以上）不可能影响基波或更高次谐波的分析结果因此目前基于1个周期采样的FFT仪器不适用于对变化谐波的分析，特别是对波动或快速变化谐波的分析表690t交流电弧炉35kV谐波电流值（A）谐波次数123457111个周期窗口1224.265.3879.5530.1762.9124.8610.52400ms窗口1175.630.2268.2510.8054.2916.494.985关于间谐波(inteihaimonics)国标中没有关于间谐波的规定实际上，间谐波是由于负载电流的谐波分量和基波分量（50Hz）。