公用电网谐波GB／T1454993《电能质量公用电网谐波》

国标GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》简介

谐波国家标准是电力工业部(原能源部)根据国家标准局下达的任务而负责制订的。从1985年起，起草工作组做了大量课题论证工作，同时学习国外的先进经验和联系国内实际，完成了标准的制订，并已于1994年3月起实施。基于谐波对电容器的影响，实施谐波国标对保证电容器的安全运行有重要意义，为使应用部门对标准有进一步的了解，下面对谐波国标的起草及其依据作一介绍。

1 制订谐波国标的目的

随着我国经济的发展，现代工业、交通等行业使用的各种换流设备的数量越来越多、其容量亦越来越大，加上电弧炉、家用电器等非线性用电设备接入电网，将其产生的谐波电流注入电网，使公用电网的电压波形发生畸变。电能质量下降，同时威胁电网和包括电容器在内的各种电气设备的安全经济运行。因此，把公用电网的谐波量控制在允许范围内，以保证电能质量，防止谐波对电网和用户的电气设备、各种用电器具造成危害，保持其安全经济运行，并获得良好的社会效益。乃是制订谐波国标的目的。

2 制订谐波国标的基本原则

2.1 把电网中的电压总谐波畸变率及各次谐波含有率控制在允许的范围内，保证供电质量，使接入电网中用户的各种用电器具免受谐波的危害，保持正常工作。

2.2 限制谐波注入电网的谐波电流及其在电网中产生的谐波电压，防止其对电网发供电设备的干扰，保证电网的安全经济运行。

2.3 在总结现有经验的基础上，结合我国情况，提出有科学依据和向国际先进标准靠拢的规定，有其科学性、实用性和先进性。

3 适用范围

适用于交流频率为50Hz的标称电压110kV及以下公用电网，及其供电的电力用户。对220kV电网及其供电的电力用户，可参照110kV执行。主要原因有：

(1)220kV电网的谐波电压直接受330kV或500kV电网谐波电压的影响。目前国内外都还没有经验，也没有明确的规定。

(2)220kV电网的输电线路的充电功率较大(每100km约25MVA)，而输电潮流是变化的，控制220kV电网的谐波还没有成熟的经验。在某些情况下，还难以避免对低次谐波(例如3、5次)的放大。

(3)直接用220kV电压供电的用户数很少。

(4)目前许多220kV电网使用的电容式电压互感器(CVT)测量谐波电压的误差很大，在没有适当的频率误差补偿时，用于谐波电压的测量，没有实际意义。

4 制订谐波国标过程中研究和论证的主要课题

制订谐波国标过程中研究和论证的主要课题有：

①研究国外有关限制电网谐波的标准；

②谐波源的谐波迭加；

③各级电网电压总谐波畸变率限值及各次谐波电压含有率限值；

④用户注入电网的谐波电流允许值；

⑤谐波的测量方法及数据的处理；

⑥低压电网谐波对电动机的影响；

⑦谐波对并联电容器的影响；

⑧谐波对继电保护和自动装置的影响；

⑨组织有关部门对部分电网的谐波进行实测和普查。

5 谐波国标中的几个基本问题

5.1 不同谐波源的迭加计算

电网谐波电压和电流往往由多个谐波源产生，因而不同谐波源的迭加计算是制订谐波标准的重要基础，当两个谐波源分别产生的不同谐波A h及B h之间的相位角θh确定时，其合成的同次谐波按余弦定理计算：

(1)

对于两个谐波源的同次电流I h1和I h2在一条线路上迭加，当相位角θh已知时，其叠加后的谐波电流I h为：

(2)

但是，在实际电网中，无论是谐波电压或谐波电流的相位关系均有一定的随机性，例如谐波源的基波电压，因受电力系统潮流随机变化的影响，其相位角作随机变化；谐波源工况的变化，导致基波功率因数角作随机变化；谐波源负荷的波形，受到各种随机因素的影响，也会偏离于典型形状，从而造成谐波电流相位角的随机变化。谐波国标起草工作组通过研究，在专题报告中得出，当基波电流相位角变化为正态分布，则其主要谐波电流相位角差角也呈正态分布的近似结论。同时结合系统潮流计算的一些统计结果，考虑参予合成的谐波源一般比较邻近的特点，得出相位角θh不确定时，可按下列公式进行合成计算：

(3)

式中：k h系数按表1选取。

表1

两个谐波源在同一节点上引起的同次谐波电压的迭加计算与上式(2)与(3)类同。

谐波国标在研究各级电网电压总谐波畸变率的分布规律时，应用了下式：

C2=A2+B2+AB

(4)

式(4)虽有一定误差，但对于谐波估算还是可用的。

必须说明的是，国际大电网会议36—05工作组所推荐的合成计算式为：

I

=(I h1α+I h2α)1/α

h

(5)

式中：系数α按表2选取。

表2

比较式(3)和(5)，可以看出，对于13次以上谐波，两者结果是一样的；对于13次以下的主要谐波，按式(5)作合成计算，其等值的相角差较小，这样会导致对用户谐波限制较严，国标中未予推荐。

5.2低压电网电压总谐波畸变率允许值

低压电网中的电压总谐波畸变率允许值是确定各级中、高压电网电压总谐波畸变率的基础。同时由于绝大多数电气设备都是从低压电网取得电源，所以确定低压电网的电压总谐波畸变率，保证这些电气设备免受谐波的干扰，具有很重要的意义。国标确定低压(0.38kV)的电压总谐波畸变率为5%，主要根据为：

(1)对交流感应电动机，根据定子绕组等值发热条件求出等值负序电压和谐波电压的关系，考虑在正常负序电压2%的前提下，不显著地缩短电机的寿命，允许电压总谐波畸变率约为5%。

(2)根据电容器的过电压和过电流能力，分析了各次谐波电压和基波电压迭加，使电容器的寿命不致因局部放电和增加发热而显著地缩短，低压电网电压总谐波畸变率应控制在5%以内。

(3)国外有代表性的电子计算机(如：IBM370/145、IBM430等等)，对电源电压总谐波畸变率的要求均为不大于3～5%。我国正在制订中的《电子计算机机房设计规范》(国标)中，A级标准电源电压总谐波畸变率的要求为不大于5%。