公用电网高次谐波管理的国家标准和法规.doc

公用电网高次谐波管理的国家标准和法规华北电力科学研究院 许 遐2.1 概述为了确保电网的安全经济运行，为广大客户提供合格的电能质量，国家及有关主管部门相继颁发了一系列有关的标准、条例和规定，来实施监督各种谐波源设备（包括电网公司和客户的电力设备）的接入，评估其注入电网的谐波电流值以及所引起的电压谐波畸变率，控制供电网络的谐波电压总是处在国家标准规定的限值范围内，以保证电网和用电设备免受谐波的危害。其中主要的有：国家颁发的（1）中华人民共和国电力法；（2）国家标准电能质量-公用电网谐波（GB/T 1454993）；（3）电力供应与使用条例；以及各级电网（电力）公司颁发执行的（4）用电检查管理办法；（5）供电营业规则；（6）公用电网谐波监督管理规定等。1993年颁布的国家标准电能质量公用电网谐波GB/T 1454993中，规定了公用电网谐波电压限值和谐波电流允许值及其测试方法，该标准适用于交流额定频率为50Hz，标称电压110kV及以下的公用电网，标称电压为220kV的公用电网可参照执行，不适用于暂态现象和短时间谐波。该标准颁布以来，为中国电力系统的电能质量管理提供了共同遵守的法则，成为全国各部门、各地区进行电网谐波监督管理的基础和依据。冶金、钢铁、化工、煤炭、石油、矿业、电力等各行各业，都能认真地执行谐波管理的国家标准，对保证电网的公共安全，保证供电质量，保证用电设备的安全运行，保障广大国民的日常生活，起到了重大的作用。此外，国家质量技术监督局颁布的有关设备电磁兼容性管理的国家标准和指导性技术文件中，有关电力谐波的文件还有：1） 国家标准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）。eqv IEC 61000-3-2：1995。2） 国家标准GB/T 17626.7-1998 电磁兼容 试验和测量技术 供电系统及所连设备谐波、谐间波的测量和测量仪器导则。idt IEC 61000-4-7：1991。3） 指导性技术文件GB/Z 17625.4-2000 电磁兼容 限值 中、高压电力系统中畸变负荷发射限值的评估。idt IEC /TR3 61000-3-6：1996。4） 指导性技术文件GB/Z 18039.2-2000 电磁兼容 环境 工业设备电源低频传导骚扰发射水平的评估。idt IEC /TR3 61000-2-6：1995。正确地理解和使用这些有关标准和文件，对做好我国电网谐波管理工作，保证电网的安全经济运行，有着重要的现实意义。2.2 电能质量标准与电磁兼容标准 电磁兼容性标准，是应用于有效的电磁兼容性管理，在设备和系统设计的初期实施电磁兼容性分析和预测的依据，以确保用电设备和系统在规定的电磁环境中可靠、安全地运行。电能质量标准是为电能的生产和销售过程实行质量控制，为电能质量的分级、检测和评估提供依据，是供用电双方签订供用电合同时的法律依据。在对公用电网进行电能质量管理的时候，主要根据是电能质量标准。2.2.1 电能质量与电能质量标准什么是电能质量？国际电工委员会（IEC）这样定义的：Power qualitycharacteristics of the electricity at a given point on an electrical system, evaluated against a set of reference technical parameters 。1 电能质量，是在电力系统中某一指定点上电的特性，这些特性可根据预定的基准技术参数来评价。迄今为止在中外文献中，相比之下这个定义是最确切的定义，而且也符合我们中国人对产品质量认识的传统观念。所谓质量，仅是针对具体的某一产品性能而言，而且可用预定的基准参数来评估其优劣。（1） 电能质量参数与国家标准电能质量主要表现在2个方面：1. 电压质量（Voltage Quality）参数。反映实际供电电压与标准供电电压的偏差，包括其频率、幅值与偏差、畸变率与谐波、三相不平衡度、波动与闪变等等。供电公司有责任保证向用电客户提供合格的电压质量。2. 电流质量（Current Quality）参数，反映实际用电电流与标准用电电流的偏差，实际用电电流的质量除了与供电电压的质量有关外，还与客户用电设备的物理特性及运行方式紧密相关。标准的用电电流要求恒定频率正弦波形，及三相平衡外，为保证系统具有较高的功率因数运行，还要求用电电流尽可能地与供电电压保持相位相同。不同的供电公司，所提供的电能质量可能存在差异；不同的用电客户，所需的电能质量也各有不同要求。为了对电能的生产和销售过程实行质量控制，为电能质量分级、检测和评估提供标准和依据，每个国家或地区，都必须制订相应的电能质量标准。国家电能质量标准是供用电双方签订供用电合同时的法律依据。（2） 各国的电能质量参数指标各有不同鉴于电力系统，包括发、送、配、供、用、是一个整体运行的大系统，电能质量的好坏，一方面与供电方的系统结构、经营管理水平有关；另一方面也与用电方的设备特性及运行方式有关。各个国家或地区，都是根据本地的工业水平与有关的电磁兼容国家标准，制定或修订本国或本地区的电能质量标准。目前，国际上在电磁兼容性标准系列中，已有通用的电能质量测量与试验方法的国际标准，来规定电能质量测量设备（或系统）的能力和特性。但是，没有各国通用的电能质量标准，各国的电能质量参数指标各有不同。在我国国家标准中，目前能够并已经执行的电能质量参数有五种：供电电压及允许偏差（GB 123251990），电力系统频率及允许偏差(GB/T 159451995)，公用电网谐波(GB/T 145491993)，电压不平衡度(GB/T 155431995)，以及电压波动和闪变(GB 123262000)。对于暂时过电压和瞬态过电压GB/T 184812001，国际上尚未见用此类标准来表征电能质量的国家，在实际电能质量评估中，因其可操作性不强2，暂无法应用；笔者认为，如果将其列入电磁兼容性系列中，或许对电力设备（系统）的设计和安装有用处。除上述所列的五种稳态电能质量参数外，国际上还提出一些瞬态电能质量参数（Power quality parameters）：如供电电压聚降和聚升（Supply-voltage dips and swells）,电压中断（Voltage interruptions），瞬变电压（Transient voltages）；此外还有电压谐间波（Voltage interharmonics）,供电电压中信号电压（Mains signaling voltage on the supply voltage）及快速电压变化（Rapid voltage changes）等。对于瞬态的电能质量参数，我国及很多国家在电能质量管理方面都尚无制定专门的标准，更多的是作为设备（系统）的电磁兼容性来规范。2.2.2 电磁兼容与电磁兼容性标准电磁兼容作为一门学科来说，是自然科学和工程科学的一个分支。它研究的内容与设备的设计和工作有关，既要使得设备免受某种程度的电磁干扰，同时又要求设备产生的干扰保持在规定的限值之内。电磁兼容（Electromagnetic Compatibility）,对于设备（系统）的性能指标来说，应称为电磁兼容性。IEC认为，电磁兼容性是一种能力的表现，它对电磁兼容性的定义为：“电磁兼容性是设备的一种能力，它在其电磁环境中能完成它的功能，而且在其环境中不产生不允许的干扰”。电磁兼容性的研究主要是围绕构成电磁干扰的三要素：即电磁干扰源、干扰耦合途径和敏感设备来进行的。其研究的内容包括：1.电磁干扰产生的机理，如何抑制电磁骚扰源的发射。2.电磁干扰以何种方式和途径耦合（或传导），如何切断电磁干扰的传输途径。3.敏感设备对电磁骚扰产生何种影响，如何提高敏感设备的抗干扰能力。电磁兼容性标准是设备（或系统）电磁兼容性设计和实验的主要依据。通过制定和实施标准来控制用电设备和系统的电磁发射和电磁敏感度，从而降低设备和系统相互干扰的可能性。标准中规定的测试方法和多种限值要求必须合理，符合国家经济发展综合实力和工业发展水平，这样才能促进产品质量的提高和技术进步。(1) 计量单位的特殊性在电磁兼容性研究中，无论是标准、试验和测量方法中，广泛采用术语“兼容电平”（Compatibility level）和单位分贝（dB）。这和电工、电子学科通常采用的电流用A、电压用V、功率用W表示不同，而是广泛采用分贝（dB）或百分比作单位，统一表示电流、电压和功率的相对值。“电平”这个词,在辞海（工程技术分册上）第338页中，是这样解释的，“电平 一种表示电量（电压、电流或功率等）相对大小的参数。通常指定某一电量的数值作为标准值，以其他数值和标准值相比的数值来表示电平值。电平可用来表示任意两个电量间的相对大小”。在实际应用中，使用“电平”这个词，有时候可以简化文字叙述。例如谐波电平，既可以指谐波电压值，也可以指谐波电流值。国家标准GB/T 4356-1995电磁兼容术语（idt IEC50(161):1990）及国家标准GB/T 17624.1-1998电磁兼容基本术语和定义的应用与解释中，对Compatibility level 一词早就定义为“兼容电平”。在国际标准中对术语的专门定义是非常重要的，否则就会产生所表述的内容模糊不清或者被曲解的严重后果。例如，对骚扰（disturbance）和干扰（interference）这两个词汇，其中文的意思很接近，但在国家标准GB/T 4356-1995电磁兼容术语（idt IEC50(161):1990）中，就有非常不同的定义。骚扰是指任何能引起装置、设备或系统性能降低的电磁现象；干扰是指电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降。可见骚扰是原因，干扰是结果，定义严格。又如对兼容电平（compatibility level）、抗扰度电平（immunity level）等等也做了严格的定义。如果把兼容电平（compatibility level）译成“兼容水平”，就欠准确；如果译成“兼容标准”，就差之甚远。众所周知，在汉语中，“电平”，“水平”，“标准”这三个词汇的意义是有显著区别的。一直到目前颁发的一系列有关国家标准和各高校出版的教科书中，都采用“兼容电平”这个定义。对这样清晰的基本术语应该是无可争辩的，可是到了2002年冬，在北京举办的“电能质量国际研讨会”上，还有文章对这个术语表示异议：“请问，电平在电力行业中通用吗？（译为）兼容性标准难道不比兼容性电平更通俗些”？3硬要把“Compatibility level”译成“兼容性标准”，未知作者目的何在？已有国家标准的作用何在？对IEC出版物的介绍和解释中，应该本着实事求是，认真负责的态度，正确翻译、准确理解其实质内容，才能真正做到洋为中用。如果在国家标准（GB/T 4365-1995）颁发以前，有些误译而产生歧义，那是可以理解的。但一直坚持其错误的译文，就使人有些不解了。这件事情虽小，但也在一定程度上，反应了电机工程技术人员对电磁兼容这门学科的了解有待加强。电磁兼容学是一门新兴的综合性学科，电磁兼容要解决一个国家，一个地区甚至世界范围内的电气电子系统兼容工作的问题，保障电气电子设备、系统的可靠运行，其有关的理论知识和应用技术，涉及到国民经济中的各个行业和部门，电力系统的工程技术人员必须努力了解掌握这门科学的基础知识和技术，开展有效的电磁兼容性管理，在设备和系统设计的初期实施电磁兼容性分析和预测，以确保用电设备和系统在规定的电磁环境中可靠、安全地运行。（2） 电磁兼容性标准的内容国际电工委员会（IEC）是世界公认的国际性电工标准化机构，负责有关电工、电子领域的国际标准化工作。在IEC中，承担电磁兼容(EMC)方面研究工作的主要是电磁兼容咨询委员会（ACEC）、无线电干扰特别委员会（CISPR）和电磁兼容技术委员会（TC77）。TC77制定和出版的电磁兼容标准主要是IEC61000系列标准。中国是世界贸易组织（WTO）的成员国，积极采用国际标准和国外先进标准，是我国的一项重大经济技术政策。电磁兼容标准是设备（系统）进行EMC设计的指导性文件，是实现系统效能的重要保证。国家质检总局下面设立了“全国电磁兼容标准化技术委员会”，归口管理IEC/TC77电磁兼容标准化工作。例如，国家标准电磁兼容*试验和测量技术GB/T 17626-1998中的12个标准，就是等同采用国际标准IEC61000-4-1至4-12；国家标准低压电气及电子设备发出的谐波电流限值（设备每相输入电流16A）GB 17625.1-2003就是等效采用国际标准IEC 61000-3-2。国际标准的采用，对于促进国民经济的发展，加强与世界各国的技术交流，将会越来越显示出其重要作用。国际电工委员会明确指出，为了促进国际上的一致，参加IEC的国家“应尽可能在最大限度地把IEC国际标准转化为其国家标准和地区标准。”IEC与国际标准化组织（ISO）按照两组织间的协商确定的条件密切合作。IEC委托其技术委员会制定国际标准，在特殊的情况下，其技术委员会可以出版3种类型的技术报告，其第1类和第2类技术报告自出版时起到决定它们是否能够成为国际标准的三年内会受到复审。其第3类技术报告，是技术委员会在例行出版国际标准过程中，搜集到的各种资料。对于第3类技术报告，如果技术委员会认为不再有用，就没有必要进行复审。前面列出的两个我国GB/Z字头的指导性技术文件，就是等同IEC的第3类技术报告，不是国家标准，更不是国际标准，其使用范围和作用，国家有明确规定。TC77制定和出版的电磁兼容性标准主要是IEC 61000系列标准，目前主要有下列若干部分：第一部分，规定名词术语，以保证叙述、论证和设计的统一性，保证试验、测量和检验结果的可比性。第二部分，对电磁环境进行分类，以便合理地确定兼容性电平和抗扰度试验电平。第三部分，规定基本的电磁骚扰现象及其限值。电磁骚扰现象包括低频传导现象（如谐波、谐间波、信号电压、电压波动、电压暂降与短时中断、电压不平衡、电网频率变化、低频感应电压、交流电网中的直流等），高频传导现象（如浪涌、瞬变、振铃波、阻尼振荡波、高频感应电压及传导射频等），辐射现象（如电场、磁场、电磁场等）和静电放电现象。其限值有针对不同电磁骚扰现象的抗扰度值、兼容值、规划值及发射值等。第四部分规定各种电磁干扰现象及设备电磁敏感度的测量和试验技术及评估方法。第五部分是规定设备的安装和调试导则；第六部分是规定有关领域的通用标准等等。实际上，IEC中除了CISPR和TC77外，涉及电磁兼容问题的技术委员会几乎遍布各个工业领域，例如医疗电器设备（TC62），信息技术设备（TC74），工业过程测量和控制系统（TC65），船舶电器设备（TC18），电力电子设备（TC22），声音、电视和多媒体设备（TC100）等等。分别制定有关的设备设计、制造、安装和使用的一些国际标准。电磁兼容性国际标准及其出版物的数量也很多，仅仅IEC 61000系列就已经超过100个。2.3 对公用电网进行电能质量管理的主要根据是电能质量标准电能质量标准是为电能的生产和销售过程实行质量控制，为电能质量的分级、检测和评估提供依据。各个国家或地区，都是根据本地的工业水平与有关的电磁兼容国家标准，制定或修订本国或本地区的电能质量标准。为了保证供电系统和客户设备的安全运行，供电公司和客户必须共同努力，及时地对新接入的非线性负荷进行电能质量评估，同时采取必要的减低干扰提高电能质量的措施，保证供电环境总是处于绿色的状态，符合电能质量国家标准规定的要求。电磁兼容性标准，是应用于有效的电磁兼容性管理，在设备和系统设计的初期实施电磁兼容性分析和预测的依据，以确保用电设备和系统在规定的电磁环境中可靠、安全地运行。下面就前边提到的几个电磁兼容性国家标准及指导性技术文件，分别作一简单的介绍。（1） 国家标准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），这是一个针对低压电器设备制定的电磁兼容性国家标准，它是等效采用电磁兼容国际标准 IEC 61000-3-2：1995。主要用于低压电器设备产品产生骚扰的限制和国际市场的准入标准。它不是公用电网谐波的管理标准，只是用于评估低压电器设备产品的谐波电流发射值能否符合电磁兼容国际标准的要求。（2） 国家标准GB/T 17626.7-1998 电磁兼容 试验和测量技术 供电系统及所连设备谐波、谐间波的测量和测量仪器导则。这是一个针对供电系统谐波、谐间波的测量技术和测量仪器制定的电磁兼容性国家标准，它是等同采用电磁兼容国际标准IEC 61000-4-7：1991。它主要规定了供电系统谐波、谐间波的测量方法、测量技术及测量仪器设备的技术要求和指标，统一标准，使测试数据和测量结果在国际交流和认证中能有效使用。（3） 指导性技术文件GB/Z 17625.4-2000电磁兼容 限值 中、高压电力系统中畸变负荷发射限值的评估。该文件是等同采用IEC技术委员会77（电磁兼容）的77A（低频现象）分技术委员会提供的一个第3类技术报告IEC /TR3 61000-3-6：1996。该报告全文分为10章和8个附录。第1章中介绍该技术报告的编制目的，是提出用作决定大型畸变负荷（产生谐波和/或谐间波）接入公用电力系统的评估根据的一些基本原则，其主要目的在于为工程实践提供指导，以保证所有被接入系统的用户都有合适的供电质量。同时说明，本报告所提出的一些指导原则必须以某些假设为根据，所以并不能保证这些方法总能对所有的谐波问题提供适合的解决方案，应该灵活地使用所推荐的方法，并根据工程实际情况决定是否全部或者部分地采用所推荐的评估程序。并且强调，关于产生畸变的设备接入电力系统的最终决定权总是取决于供电部门。从第一章的叙述中，清楚可见，本技术报告提供的是“一些基本原则”和“评估方法”。该报告是一种技术方法或评估方法的介绍和探讨，对于这篇IEC的第3类技术报告IEC61000-3-6，在1998年，由于对电磁兼容性国际标准（International Standard）及有关出版物缺乏了解，国内有人就借以“中华人民共和国国家电力公司提出”的名义，把该文件作为“中华人民共和国国家标准GBxxxxxx（送审稿）”发布。也有人在中国电力1998年第10期文章中，作为国际标准来介绍，并提出电能质量公用电网谐波的国家标准应向该指导性技术文件靠拢，放宽标准。在宣传上存在明显的曲解，把说明过程的“