电能质量评估规范

电 能 质 量 评 估 规 范

曹根发

南京供电公司，南京市中山路251号，210008

Power quality technology assessment specification

Cao Genfa

Nanjing Power

ABSTRACT: This paper expands the methods and 的生产方式，特别是大功率电子技术、自动控制技术specifications to assess the supply power quality，at the same 的迅猛发展，广大用户对电力企业的电能质量的概念time, the key points which should be paid attention to when 和具体要求有了根本性的变化。导致电能质量成为国assessing the sensitive or pollutive consumers. At the end, the 民经济进一步发展、招商引资所需投资环境的重要硬methods how to calculate and analyze and the conception of 件之一。 expert software are explained. 根据“治旧堵新”的原则和以“一强三优”为目

标，对新增或扩容用户接入系统前，需要有一个科学、

KEY WORD: assessment specification; national standards;

正确的电能质量评估，根据用户侧干扰发射值与PCC

sensitive consumer; pollutive consumer; expert software

点的干扰的限值相比较，做出正确的评估并采取相应的措施，以保证电网的安全运行，同时也帮助用户减摘要：本文主要介绍供电电能质量评估方法和规则，

小投资损失。科学正确评估的重要性和迫切性也应运对敏感用户及污染源用户评估时的注意事项，并介绍

而生了。 了相应的计算和分析以及对专家分析软件的构思。

电能质量的评估，涉及国标、导则、系统方面知

关键词：评估规范；国标、导则;敏感用户；污染源用识以及相应的计算、分析和经验推算法则。对电能质户；专家软件 量污染源评估是电能质量监督管理的一个关键环节，

在电力系统基建、运行、管理和技术监督中起着重要

1 目的和意义 作用，同时也是保证电力系统良好供电质量的必要手

段。

随着改革开放的深入和市场经济的发展, 电力已完全商品化了，电能质量是这个商品的重要技术指2 相关标准 标。它涉及到发、供、用三方面的利益。高品质的电

相对电能质量评估的依据标准，是以下8个标准

能质量，对保证电网和用户电器具的安全经济运行、

去衡量，不允许超出8项国标中所给得各项技术指标。

各种产业的正常生产、产品的质量以及提高人民生活

2.1 GB/T12325-2003《电能质量 供电电压允许偏差》

水平都具有非常重要的意义。

2.2 GB12326-2000《电能质量 电压波动和闪变》

电能是一种特殊商品，不能储存，而由发、供、

2.3 GB/T14549-1995《电能质量 公用电网谐波》

用三方同时组成，并由用电量决定发电量与供电量。

2.4 GB/T15495-1995《电能质量 电力系统频率允许

由于这种特殊性，决定了电能质量不完全取决于电力

偏差》

生产企业，甚至有些质量指标（例谐波、电压波动和

2.5 GB/T15543-1995《电能质量 三相电压允许不平

闪变、三相不平衡度等）往往要由用户负荷的性质、

衡度》

干扰所产生的影响而决定。其二是不同的供电点（PCC

2.6 GB/T18481-2001《电能质量 暂态过电压和瞬态

点）在不同时段，电能质量不是恒定的，而处于一种

过电压》

动态变化之中。传统的电能质量只包括频率、额定电

2.7 GB/Z17625.6-2003《电磁兼容 限值 对额定电

压和供电可靠性。伴随着新兴产业的不断涌现，新型

13 电 能 质 量 1759

流大于16A的设备在低压供电系统中产生的谐波电流的限制》

2.8 GB 17625.1—2003《电磁兼容 限值 谐波电流发射限值（设备每相输入电流〈16A〉）。

3 接入电网敏感用户对电能质量的要求及污染源用户的电能质量评估方法

3.1 敏感用户

由于科技的进步和生产工艺的发展，自动化精密加工企业不断兴起，对接入这些用户的输入电源侧要做一个背景测试，测试中要连续经过电网的峰、谷、平三个阶段，分析电网中的各项指标。敏感用户对供电电压在某一范囲内的稳定要求甚高,最简单的方法是提高一到两个档次的输电电压，以保持供电电压的可靠性和额定电压的合格率。

供电电压允许偏差是稳态情况下，即电压有效值超上限或超下限达1分钟开始评判供电电压值的一个标准，电压合格率统计表根据此准则，每一秒钟至少采样一次，一分钟作为一个统计单元，将此期间的采

样值的平均值作为判定电压合格率的标准。供电电压

允许偏差涵盖了系统电压、供电端、受电端的供电电

压等三个子文件，并对供电电压的允许偏差做出如下

规定:

a）35kV及以上供电电压正负偏差的绝对值不超

过标准系统电压的10%；

b）10kV及以下三相供电电压允许偏差为标准系

统电压的−7%…+7%；

c）220V单相供电电压允许偏差为标准系统电压

的+7%…−10%；

变电站220kV母线电压允许偏差，正常工况下为

额定电压的0…10%，事故运行时为−5%…10%；

d）变电站110kV、35kV母线电压允许偏差，正

常工况下为额定电压的0…10%，事故运行时为

±10%；

e）变电站10（6）kV母线，电压允许偏差为系

统电压的0…7%。供电电压允许偏差是指1分钟内的

电压均值。对电压变化在0.5个周期至1分钟间隔内

电压的扰动给定限值，是《暂态过电压和瞬态过电压》

范畴内的技术标准：

a）暂态过电压：其频率为工频或某谐波频率的

过电压，且在其持续范围内无衰减或衰减缓慢。

b）瞬态过电压：指振荡的或非振荡的过电压，

通常衰减很快，持续时间为ms级或更短，且可叠加

于暂态过电压波形之上。

c）电力系统中运行操作、雷击、故障等因素所

造成的过电压也是供电特点之一。

如背景测试的点测设在变电站母线侧，要注意供该用户的供电线路的自然功率和输送功率问题。当线路的自然功率〉输送功率，会造成线路末端电压上翘，而线路的自然功率〈输送功率，会造成线路末端电压下降太多，这种现象尤其在长距离电缆输送电中尤为明显，解决方案是用户侧变压器要选用可供调压的7档以上的抽头，来保证受电端电压的合格率。

敏感用户的第二个问题是对电压瞬降造成电压凹陷和短时间断（U

3.2 污染源用户（污染源用户可大致分为已投入运行的用户和正在申请用电的用户） 对于前一种，只要在该用户的Pcc点做一次测试，

综合各项电能质量指数，分别与国标对比，对于超标

的电能质量数据，运用电力法中第四章第三十二条

《用户用电不得危害供电、用电安全和扰乱供电、用

电秩序，对危害供电、用电安全和扰乱供电、用电秩

序的供电企业有权制止》中的条文，发放限期整改通

知书或组织有关人员与用户商谈，以文件的形式发放

会议纪要，明确整改期限、办法和处理手段。

对于第二类正在申请用电的用户，是一个预测和

估算的评估过程，对于主要以谐波为主的污染源，例

如电化厂、电镀厂、电解厂、铝厂、中频炉、各类无

大型冲击性负荷的变频电机，或大型商贸中心的众多

直流扶梯、电梯等，一般可按以下步骤进行：

（1）查明谐波源和电网的参数

谐波源参数：设备的型号、容量、台数、额定电

压、额定电流、接线方式、运行控制方式、控制参数

或各次谐波发生量，以及电源变压器的参数和联接方

式等。

系统参数：谐波源与电网连接点的额定电压、短

路容量、谐波电压和谐波阻抗等。

（2）谐波计算或实测

谐波计算的目的，估计谐波源接入电网所产生的

影响，以及允许谐波源接入电网时需要采取的措施。

具体地说，就是根据谐波源注入电网的谐波电流和公

共连接点的谐波阻抗，计算谐波电流在系统中产生的

谐波电压。在电网含有谐波电压的情况下，还应计算

原有的谐波电压与新接入的谐波源在系统中新生成

1760 2006中国电机工程学会年会论文集·河南郑州

的谐波电压及其合成的谐波电压。

对复杂系统或多个谐波源的情况，可用谐波潮流计算方法，计算电力系统各连接点的谐波电压。对简单的网络可用简易计算方法计算。

在进行谐波计算时，特别要注意检验是否会产生谐振或谐波放大。对于冲击性还应计算其功率冲击对电网造成的影响。

在具备测试条件和已经接入的负荷时，应进行现场实测，检验注入电网的谐波电流和在电网中产生的谐波电压是否符合谐波限制标准的规定，并以实测结果作为判定依据。

（3）核对是否符合限制谐波标准的规定

如果谐波源注入电网的各次谐波电流及电网谐波电压均符合标准的规定值，则应允许谐波源接入电网，否则，应采取措施并经审定后，方能接入电网。

（4）采取限制谐波的措施

如果谐波源注入电网的谐波电流或系统的谐波电压超过标准的规定值，应采取相应的限制谐波的措施，把谐波电流和谐波电压限制在标准规定的范围内。但不应当引起新的谐波放大或谐振。

对于污染源用户最主要的关注得是注入电网的谐波电流，一般按整流变容量的80%～90%的负载率，依据GB 10236—88《半导体电力变流器与电网互相干扰及其防护方法导则》，根据整流变的脉动数和基波电流的估计值，估算出该用户各次特征谐波电流的值，当Pcc点的短路容量和基准容量不一致，对于非线性用户还有一个分配比例的问题，可根据下两式计算该用户的谐波电流的实际限值。

（1）电网公共连接点的最小短路容量不同于表2基准短路容量时，按下式修正表2中的谐波电流允许值：

ISk1

h=

SIhp (B1) k2

式中

Sk1 ——公共连接点的最小短路容量，MVA； Sk2 ——基准短路容量，MVA；

Ihp ——表2中的第h次谐波电流允许值，A；

Ih ——短路容量为Sk1时的第h次谐波电流

允许值。

（2）同一公共连接点的每个用户向电网注入的谐波电流允许值按此用户在该点的协议容量与其公共连接点的供电设备容量之比进行分配。在公共连接点

处第i个用户的第h次谐波电流允许值（Ihi）

按式（C6）计算：

1

Ihi=Ih(Si/ST) (C6)

式中

Ih——按附录B换算的第h次谐波电流允许值，

A； Si——第i个用户的用电协议容量，MVA； St——公共连接点的供电设备容量，MVA； α——相位叠加系数，按表C2取值。

表C2

谐波的相位叠加系数

9｜＞13｜偶次 α

2

以上计算得到的评估值是比较粗糙的，尤其是中频炉，可能会有较大的误差，因为当炼钢原料是铁屑之类的抛料与块状的铁块，中频炉的输出功率不同，造成谐波含量也有较大的差异，导则中给出的谐波和基波电流的比值也是一个统计均值。

交流电弧炉是电网中对电能质量影响最大的设备之一，交流电弧炉是利用其三相石墨电极和炉料之间产生的电弧的热量来熔化废钢等原料，由于电弧的非线性特性和冶炼过程中三相频繁地短路和开路，产生谐波、负序、无功和有功功率波动和冲击。同时，交流电弧炉的自然功率因数较低，需进行无功补偿。

电弧炉的生产周期分为打孔期、熔化期、精炼期，并在冶炼过程中有1～2次的加料期，随着很多钢厂同步建设电弧炉和精炼炉，使总体炼钢时间大大缩短。

对于电弧炉的电能质量污染评估，首先要做好以下两点工作：

电网侧资料：负荷投产年电网结构、运行方式，用户（拟）接入点（PCC点）在投产年正常和小运行方式下的短路容量，PCC点母线电压等级、PCC点系统供电容量，用户协议用电容量（供电协议规定的容量或用户所有主变容量的总和），附近电厂情况和参数，电源侧到用户侧供电线路长度和导线型号。

负荷侧资料： 用户供电系统一次系统图及主变和炉变参数，电炉综合阻抗（包括电抗器、短网、电炉），负荷类型和容量，负荷运行情况，有无固定无功补偿、滤波补偿装置、静止无功补偿装置设计。电弧炉的谐波发生量、无功和有功冲击量和时间、负序发生量（不对称）、电炉自然平均功率因数。

如果用户无法提供电弧炉的谐波发生量、无功和有功冲击量和时间、负序发生量（不对称）、平均功率因数，则按如下取值

13 电 能 质 量

交流电弧炉产生的谐波电流含有率：

谐波次数n 谐波含有率 8-12

10-15

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之一，轧钢负荷对电网的影响主要是有功和无功冲击，也有一定量的谐波。特别是其无功冲击对电网的影响较大。大型轧钢厂的调速轧机和传动装置，均采%,In/I1*100%）

其中，In为n次谐波电流，I1为负荷电流； 负序：正常电流不平衡度，0.2*I1（I1为正常运行负荷电流），最大（短路时）电流不平衡度，（0.8～0.85）*I1（I1为正序电流）；

有功、无功冲击：根据电弧炉运行功率圆图计算； 电炉自然平均功率因数：电炉自然平均功率因数＝0.7～0.75。电弧炉负载的电能质量评估要围绕下面4个方面去评判。

谐波

计算注入PCC点的谐波电流，需考虑变压器△绕组对3、6、9次等零序性谐波电流的作用，与计算出的谐波电流允许值比较，判断是否满足国家标准；

计算注入PCC点的谐波电流在PCC点谐波阻抗上产生的谐波电压，以及PCC点背景谐波电压畸变率，判断PCC点谐波电压畸变率是否满足国家标准。特别要提醒的是谐波中可能伴随有次谐波和分数谐波产生。

（2）电压波动和闪变

根据无功冲击量和PCC点短路容量，计算负荷无功冲击在PCC点引起的电压波动和闪变，与该负荷闪变分配值比较判断是否满足国家标准，与PCC点闪变背景值合成后，判断是否满足国家标准。

（3）有功、无功冲击对邻近电厂发电机的影响 根据有功、无功冲击量和持续时间，使用电力系统分析程序计算对邻近发电机的影响。

（4）三相电压允许不平衡度 根据负荷正常负序功率、最大负序功率以及PCC点短路容量，计算PCC点三相电压不平衡度。

一般来讲此种类型的负荷，加装治理设备是必须的。但选择合适的电压等级和接入点是降低电弧炉对电网影响的重要手段。

对于接于110kV、220kV的大容量电弧炉，由于谐波、负序、无功和有功功率波动和冲击对电网的影响，以及负荷功率因数的要求，需安装静止无功补偿

装置（SVC）

，以全面解决谐波、负序、无功和有功功率波动和冲击对电网的影响和无功补偿需要。

对于中小钢厂，SVC装置目前由于价格因素还难以承受，可安装滤波器以减小谐波并进行固定无功补偿，但需在用户进线侧或电炉变安装电抗器以减小电压波动和闪变。

轧钢厂的轧钢设备也是影响电能质量的污染源

用晶闸管供电的直流电机方式，单机和连轧装机容量都很大。这种直流电机调速和逆转便利，控制功率小，电能消耗小，但由于装机容量与负荷很大，可引起电压和频率变化。

如果用户无法提供轧机的谐波发生量、无功和有功冲击量和时间、负序发生量（不对称）、平均功率因数，则按如下取值：

（1）谐波：采用等效12相整流装置的可控直流传动装置的各次谐波电流含量如下：

谐波次数n 11 13

17

19

23

25

谐波含有率（%In/I1

3.15 2.36

5.9

4.72 0.55 0.47 1.26 0.94

小型轧钢企业采用的同步电机其产生的谐波电流主要为3次和5次，可达基波的17～27%，且三相基本平衡。

功和无功冲击

负序：一般很小，可以忽略

功率因数：功率因数在冷轧、热轧的生产方式下大约为0.76,但一些小型轧钢企业采用的同步电机的功率因数较高，可达0.9。

对于此类负荷可采用滤波器减小谐波和进行无功补偿，如电压波动和闪变不满足要求，可安装SVC。采用同步电机的小轧钢企业，通过变压器的三角形绕组可将3n次谐波与系统隔离。

电气化铁路由于其负荷特点，也是一个主要的污染源用户。

电气化铁路由电网三相或两相供电，由牵引变转成两个单相或一个单相，电力机车使用单相交流电，在机车上将交流转为直流。一台电力机车的最大功率在4000kW到6400kW之间。负序功率大，谐波含量丰富，功率因数低是电气化铁道的三个主要特征。而牵引负荷的剧烈波动则使问题进一步复杂。

南京地区，电气化铁路工程还刚刚起步，对其认识也是来自其他地方的经验和书本，所以还提不出什么新的东西。

4 南京供电公司电能质量管理现况及专家软件

我公司的管理流程是由生运部负责全公司电能质量的归口管理工作，协调营销部、各基层供电公司及计量中心电能质量检测站的分工合作，全方位的为

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用户提供服务，我们的口号是“南京供电、真诚无限”，在维护电网安全运行的同时，给污染源用户开直通车，搭建技术服务平台，对于必须治理才能投运的企业，治理工程的实施协助用户进行招标、监理和验收，搭建技术服务平台。尽量少花钱办大事，优化投资环境。

供电电压在110kV及以上的污染源用户，一般由省公司直接负责供电方案的审查、审批工作，Pcc点电能质量的评估工作由省电研院来完成，我公司电能质量检测站起协助作用。

对于地区电网来讲，绝大部分污染源用户的供电电压在35kV及以下。对于未投运的污染源用户，电

能质量评估技术要在短期内普及的可能性不大，所以由软件来代替专家评议、评审、评估的意愿就油然而生了，下面就是我们设想的一个系统软件框图。

用监人员输入的客户用电负荷资料，系统软件通过下面的框图的流程可得到相应的评估报告。该软件的核心是用户侧不同性质负荷的特征非线性量的电磁发射曲线及比例确定，是科学、准确的评估的源头。所以收集各种负荷的电磁发射水平从而得到各种负荷的概率曲线是此项工作的重中之重。