電能質(zhì)量指標國家標準課件

電能質(zhì)量標準講座中國電力科學研究院林海雪

CHINAEIECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTE電能質(zhì)量標準講座1本講內(nèi)容電能質(zhì)量基本概念電能質(zhì)量的影響電能質(zhì)量標準本講內(nèi)容電能質(zhì)量基本概念2電能質(zhì)量基本概念

1.1電力系統(tǒng)的組成和特點

功率平衡：有功功率平衡（主要影響系統(tǒng)頻率水平）

無功功率平衡（主要影響系統(tǒng)電壓水平）

各種干擾：負荷變化；運行操作；故障；雷擊（10kV～110kV）配電線（220kV～500kV）原動機發(fā)電機升壓變壓器輸電線降壓變壓器配電變壓器用戶電能質(zhì)量基本概念

1.1電力系統(tǒng)的組成和特點

31.2電力系統(tǒng)中的電磁現(xiàn)象

圖1與不良電能質(zhì)量有關(guān)的幾個最重要的波形畸變

1.2電力系統(tǒng)中的電磁現(xiàn)象

41.3電能質(zhì)量定義PowerQuality——電能質(zhì)量（電源質(zhì)量、電力質(zhì)量、電力品質(zhì)）導致用戶設(shè)備故障或不能正常工作的電壓、電流或頻率偏差。合格電能質(zhì)量的概念是指給敏感設(shè)備提供的電力和設(shè)置的接地系統(tǒng)是都適合于該設(shè)備正常工作的。在電力系統(tǒng)中某一指定點上電的特性，這些特性可根據(jù)預(yù)定的基準技術(shù)參數(shù)來評價。電壓質(zhì)量、電流質(zhì)量、供電質(zhì)量、用電質(zhì)量。實際上電能質(zhì)量就是供電電壓特性，即關(guān)系到用電設(shè)備工作（或運行）的供電電壓各種指標偏離理想值（額定值或標稱值）的程度。1.3電能質(zhì)量定義PowerQuality——電能質(zhì)量51.4電能質(zhì)量問題的由來隨電力工業(yè)誕生而存在的一個傳統(tǒng)問題；現(xiàn)代用電負荷結(jié)構(gòu)發(fā)生了質(zhì)的變化。電力電子技術(shù)廣泛應(yīng)用，家用電器普及，煉鋼電弧爐和軋機的發(fā)展等，由于其非線性、沖擊性以及不平衡的用電特性引起電能質(zhì)量的惡化。計算機的普及、IT產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、微電子控制技術(shù)應(yīng)用導致對電能質(zhì)量要求越來越高。例如：一個計算中心失電2s就可能破壞幾十個小時數(shù)據(jù)處理結(jié)果，導致幾十萬美元產(chǎn)值損失；1～2周波供電電壓暫降，就可能破壞半導體生產(chǎn)線，導致上百萬美元損失。據(jù)統(tǒng)計美國因電能質(zhì)量問題造成的損失每年高達260億美元。最近由國際銅業(yè)協(xié)會（中國）的一次“中國電能質(zhì)量行業(yè)現(xiàn)狀與用戶行為調(diào)研報告”中，調(diào)查了32個行業(yè)，共92個企業(yè)中有49個企業(yè)，因電能質(zhì)量問題，在經(jīng)濟上損失2.5～3.5億元（人民幣），每個企業(yè)年經(jīng)濟損失約10萬～100萬（人民幣）（其中有四家年損失1000萬元以上）。1.4電能質(zhì)量問題的由來62電能質(zhì)量的影響2.1電能質(zhì)量指標電壓偏差、頻率偏差、諧波、電壓波動和閃變、三相電壓不平衡度、暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓、電壓暫降、波形缺口、……2.2電能質(zhì)量指標特點a.空間上、時間上不斷變化b.需要供、用電雙方共同合作維護2電能質(zhì)量的影響7電壓暫降（包括短時中斷）

引起變速驅(qū)動裝置（ASD）跳閘、程序邏輯控制器（PLC）損壞、各種數(shù)字式自動控制裝置誤動、計算機系統(tǒng)失常，數(shù)據(jù)丟失；導致相關(guān)加工生產(chǎn)線（例如塑料、玻璃、石化、紡織、造紙、半導體以及橡膠等）停頓，大型場所照明失電（例如鏑燈，燈滅后需冷卻好幾分鐘后才能啟動）等等。圖6為國外統(tǒng)計的一次電壓暫降對不同行業(yè)可能造成的經(jīng)濟損失。表5為電壓暫降對一些設(shè)備的危害。

電壓暫降（包括短時中斷）

引起變速驅(qū)動裝置（ASD）跳閘8圖6一次電壓暫降對不同用戶造成的損失圖6一次電壓暫降對不同用戶造成的損失92.4案例上海某高層大廈一臺變壓器設(shè)計為全部帶空調(diào)負荷，但投運后由于大量諧波的存在，使得變壓器根本就沒有辦法正常運行。90年亞運會期間網(wǎng)球中心電壓暫降造成照明失電10余分鐘（照明燈為鏑燈，需冷卻啟動），使場內(nèi)照明黑了一半，這次事故在國際上造成了非常不好的影響。某商廈工程大量采用日光燈，全部采用電子鎮(zhèn)流器，正常情況下，零線中產(chǎn)生很大電流，造成電纜發(fā)熱，變壓器溫升過高（典型的諧波問題）。某證券公司由于諧波使得網(wǎng)絡(luò)速度變慢、數(shù)據(jù)出錯，實時交易的動態(tài)信息顯示屏幕出現(xiàn)大片空白，數(shù)據(jù)刷新和交易的速度都極慢，且經(jīng)常中斷，根本無法進行交易。某寬帶運營商由于突然斷電造成寬帶網(wǎng)絡(luò)客戶不能正常上網(wǎng)，客戶索賠幾百萬元。2.4案例上海某高層大廈一臺變壓器設(shè)計為全部帶空調(diào)負荷，10北京某化工廠2005年1月18日，外網(wǎng)波動引起斷電，聚氯乙烯裝置爆炸，停電5-6小時，直接損失30萬元。某鋼鐵企業(yè)2004年一次停電導致所有生產(chǎn)線上的產(chǎn)品作廢，損失上億元。2004年3～8月吉林省農(nóng)電局一條10kV配電線（約40km）末端49個臺區(qū)先后發(fā)生了500多次低壓電器設(shè)備（包括電視機、計算機、冰箱溫控器、交換機模塊、VCD、加油機電源板等等）燒損事故，經(jīng)測試分析，是某鋼廠中頻爐諧波，因長線“諧波容升電壓”效應(yīng)所致。1993年2月河南省信陽和駐馬店地區(qū)220kV計駐線（雙回線，一回線停電檢修）因電氣化鐵路牽引站的諧波引發(fā)高頻保護誤動，引起大面積停電事故（兩個220kV2×240MVA變電站停電）。河南省220kV柳林變電站原10kV8組6600kVar并聯(lián)電容器，因3次諧波影響原串聯(lián)電抗器選配不當?shù)仍虼罅繐p壞，不得不全部更換（現(xiàn)為8×8000kVar）。北京某化工廠2005年1月18日，外網(wǎng)波動引起斷電，聚氯乙烯11

2.5結(jié)論

電能質(zhì)量涉及國民經(jīng)濟各行各業(yè)和人民生活用電，優(yōu)質(zhì)電力可以提高用電設(shè)備效率，增加使用壽命，減少電能損耗和生產(chǎn)損失，電能質(zhì)量關(guān)系到電力可持續(xù)發(fā)展，也關(guān)系到國民經(jīng)濟總體效益，是實現(xiàn)節(jié)約型社會的必要條件之一。

2.5結(jié)論

電能質(zhì)量涉及國民經(jīng)濟各行各業(yè)和人民生活12電能質(zhì)量標準

3.1電能質(zhì)量國家標準

電能質(zhì)量指標國家標準

供電電壓允許偏差（GB/T12325—2003）

電壓波動和閃變（GB12326—2000）

公用電網(wǎng)諧波（GB/T14549—93）

三相電壓允許不平衡度（GB/T15543—1995）

電力系統(tǒng)頻率允許偏差（GB/T15945—1995）

暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓（GB/T18481—2001）電能質(zhì)量標準

3.1電能質(zhì)量國家標準

電能質(zhì)量指標國家13電能質(zhì)量測量國家標準供電系統(tǒng)及相連設(shè)備的諧波、諧間波的測量和測量儀器導則（GB/T17626.7—1998）電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備——通用要求（GB/T19862—2005）電能質(zhì)量測量國家標準供電系統(tǒng)及相連設(shè)備的諧波、諧間波的測量和14相關(guān)的設(shè)備國家標準低壓電氣及電子設(shè)備發(fā)出的諧波電流限值（設(shè)備每相輸入電流≤16A）（GB17625.1—1998）對額定電流不大于16A設(shè)備在低壓供電系統(tǒng)中產(chǎn)生的電壓波動和閃爍的限制（GB17625.2—1999）對額定電流大于16A的設(shè)備在低壓供電系統(tǒng)中產(chǎn)生的電壓波動和閃爍的限制（GB/Z17625.3—2000）半導體變流器與供電系統(tǒng)的兼容及干擾防護導則（GB/T10236—2007）相關(guān)的設(shè)備國家標準低壓電氣及電子設(shè)備發(fā)出的諧波電流限值（設(shè)備15電能質(zhì)量治理設(shè)備（裝置）國家標準輸配電系統(tǒng)靜止無功補償器用晶閘管閥的試驗（待批）靜止型無功功率補償裝置（SVC）功能特性（GB/T20298—2006）靜止型無功功率補償裝置（SVC）現(xiàn)場試驗（GB/T20297—2006）電能質(zhì)量治理設(shè)備（裝置）國家標準輸配電系統(tǒng)靜止無功補償器用晶16美國計算機和商用設(shè)備制造商協(xié)會（ComputerandBusinessEnquipmentManufacturersAssociation，即CBEMA）出于大型計算機及其控制裝置對電能質(zhì)量要求，提出了電壓容限曲線（稱為CBEMA曲線）。該協(xié)會后改稱為信息技術(shù)工業(yè)協(xié)會（InformationTechnologyIndustryCouncil，即ITIC），并將電壓容限曲線作了一定改進，如圖7所示。

圖7ITIC曲線美國計算機和商用設(shè)備制造商協(xié)會（Computerand17電能質(zhì)量標準和電磁兼容標準的關(guān)系

（1）電磁兼容的概念（2）IEC61000系列標準六大部分：《總論》、《環(huán)境》、《限值》、《試驗和測量技術(shù)》、《安全裝置和抑制導則》和《其他》。（3）標準限值的協(xié)調(diào)圖8電磁兼容協(xié)調(diào)中的有關(guān)參數(shù)圖9擾動水平和概率密度關(guān)系電能質(zhì)量標準和電磁兼容標準的關(guān)系（1）電磁兼容的概念18表6已采用為國標的與諧波相關(guān)的IEC61000標準文件

國標編號國家標準名稱相應(yīng)的IEC標準采用程度GB/T17626.7—1998電磁兼容試驗測量技術(shù)供電系統(tǒng)及所連設(shè)備諧波、諧間波的測量和測量儀器導則IEC61000-4-7：1991（國際標準）等同GB17625.2—1998低壓電器及電子設(shè)備發(fā)出的諧波電流限值（設(shè)備每相輸入電流）IEC61000-3-2：1995（國際標準）等效GB/Z17625.4—2000電磁兼容限值中、高壓電力系統(tǒng)中畸變負荷發(fā)射限值的評估IEC61000-3-6：1996（第三類技術(shù)報告）等同GB/Z18039.1—2000電磁兼容環(huán)境電磁環(huán)境的分類IEC61000-2-5：1995（第二類技術(shù)報告）等同GB/Z18039.2—2000電磁兼容環(huán)境工業(yè)設(shè)備電源低頻傳導騷擾發(fā)射水平的評估IEC61000-2-6：1995（第三類技術(shù)報告）等同表6已采用為國標的與諧波相關(guān)的IEC61000標準文件19電能質(zhì)量標準講座中國電力科學研究院林海雪

CHINAEIECTRICPOWERRESEARCHINSTITUTE電能質(zhì)量標準講座20本講內(nèi)容電能質(zhì)量基本概念電能質(zhì)量的影響電能質(zhì)量標準本講內(nèi)容電能質(zhì)量基本概念21電能質(zhì)量基本概念

1.1電力系統(tǒng)的組成和特點

功率平衡：有功功率平衡（主要影響系統(tǒng)頻率水平）

無功功率平衡（主要影響系統(tǒng)電壓水平）

各種干擾：負荷變化；運行操作；故障；雷擊（10kV～110kV）配電線（220kV～500kV）原動機發(fā)電機升壓變壓器輸電線降壓變壓器配電變壓器用戶電能質(zhì)量基本概念

1.1電力系統(tǒng)的組成和特點

221.2電力系統(tǒng)中的電磁現(xiàn)象

圖1與不良電能質(zhì)量有關(guān)的幾個最重要的波形畸變

1.2電力系統(tǒng)中的電磁現(xiàn)象

231.3電能質(zhì)量定義PowerQuality——電能質(zhì)量（電源質(zhì)量、電力質(zhì)量、電力品質(zhì)）導致用戶設(shè)備故障或不能正常工作的電壓、電流或頻率偏差。合格電能質(zhì)量的概念是指給敏感設(shè)備提供的電力和設(shè)置的接地系統(tǒng)是都適合于該設(shè)備正常工作的。在電力系統(tǒng)中某一指定點上電的特性，這些特性可根據(jù)預(yù)定的基準技術(shù)參數(shù)來評價。電壓質(zhì)量、電流質(zhì)量、供電質(zhì)量、用電質(zhì)量。實際上電能質(zhì)量就是供電電壓特性，即關(guān)系到用電設(shè)備工作（或運行）的供電電壓各種指標偏離理想值（額定值或標稱值）的程度。1.3電能質(zhì)量定義PowerQuality——電能質(zhì)量241.4電能質(zhì)量問題的由來隨電力工業(yè)誕生而存在的一個傳統(tǒng)問題；現(xiàn)代用電負荷結(jié)構(gòu)發(fā)生了質(zhì)的變化。電力電子技術(shù)廣泛應(yīng)用，家用電器普及，煉鋼電弧爐和軋機的發(fā)展等，由于其非線性、沖擊性以及不平衡的用電特性引起電能質(zhì)量的惡化。計算機的普及、IT產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、微電子控制技術(shù)應(yīng)用導致對電能質(zhì)量要求越來越高。例如：一個計算中心失電2s就可能破壞幾十個小時數(shù)據(jù)處理結(jié)果，導致幾十萬美元產(chǎn)值損失；1～2周波供電電壓暫降，就可能破壞半導體生產(chǎn)線，導致上百萬美元損失。據(jù)統(tǒng)計美國因電能質(zhì)量問題造成的損失每年高達260億美元。最近由國際銅業(yè)協(xié)會（中國）的一次“中國電能質(zhì)量行業(yè)現(xiàn)狀與用戶行為調(diào)研報告”中，調(diào)查了32個行業(yè)，共92個企業(yè)中有49個企業(yè)，因電能質(zhì)量問題，在經(jīng)濟上損失2.5～3.5億元（人民幣），每個企業(yè)年經(jīng)濟損失約10萬～100萬（人民幣）（其中有四家年損失1000萬元以上）。1.4電能質(zhì)量問題的由來252電能質(zhì)量的影響2.1電能質(zhì)量指標電壓偏差、頻率偏差、諧波、電壓波動和閃變、三相電壓不平衡度、暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓、電壓暫降、波形缺口、……2.2電能質(zhì)量指標特點a.空間上、時間上不斷變化b.需要供、用電雙方共同合作維護2電能質(zhì)量的影響26電壓暫降（包括短時中斷）

引起變速驅(qū)動裝置（ASD）跳閘、程序邏輯控制器（PLC）損壞、各種數(shù)字式自動控制裝置誤動、計算機系統(tǒng)失常，數(shù)據(jù)丟失；導致相關(guān)加工生產(chǎn)線（例如塑料、玻璃、石化、紡織、造紙、半導體以及橡膠等）停頓，大型場所照明失電（例如鏑燈，燈滅后需冷卻好幾分鐘后才能啟動）等等。圖6為國外統(tǒng)計的一次電壓暫降對不同行業(yè)可能造成的經(jīng)濟損失。表5為電壓暫降對一些設(shè)備的危害。

電壓暫降（包括短時中斷）

引起變速驅(qū)動裝置（ASD）跳閘27圖6一次電壓暫降對不同用戶造成的損失圖6一次電壓暫降對不同用戶造成的損失282.4案例上海某高層大廈一臺變壓器設(shè)計為全部帶空調(diào)負荷，但投運后由于大量諧波的存在，使得變壓器根本就沒有辦法正常運行。90年亞運會期間網(wǎng)球中心電壓暫降造成照明失電10余分鐘（照明燈為鏑燈，需冷卻啟動），使場內(nèi)照明黑了一半，這次事故在國際上造成了非常不好的影響。某商廈工程大量采用日光燈，全部采用電子鎮(zhèn)流器，正常情況下，零線中產(chǎn)生很大電流，造成電纜發(fā)熱，變壓器溫升過高（典型的諧波問題）。某證券公司由于諧波使得網(wǎng)絡(luò)速度變慢、數(shù)據(jù)出錯，實時交易的動態(tài)信息顯示屏幕出現(xiàn)大片空白，數(shù)據(jù)刷新和交易的速度都極慢，且經(jīng)常中斷，根本無法進行交易。某寬帶運營商由于突然斷電造成寬帶網(wǎng)絡(luò)客戶不能正常上網(wǎng)，客戶索賠幾百萬元。2.4案例上海某高層大廈一臺變壓器設(shè)計為全部帶空調(diào)負荷，29北京某化工廠2005年1月18日，外網(wǎng)波動引起斷電，聚氯乙烯裝置爆炸，停電5-6小時，直接損失30萬元。某鋼鐵企業(yè)2004年一次停電導致所有生產(chǎn)線上的產(chǎn)品作廢，損失上億元。2004年3～8月吉林省農(nóng)電局一條10kV配電線（約40km）末端49個臺區(qū)先后發(fā)生了500多次低壓電器設(shè)備（包括電視機、計算機、冰箱溫控器、交換機模塊、VCD、加油機電源板等等）燒損事故，經(jīng)測試分析，是某鋼廠中頻爐諧波，因長線“諧波容升電壓”效應(yīng)所致。1993年2月河南省信陽和駐馬店地區(qū)220kV計駐線（雙回線，一回線停電檢修）因電氣化鐵路牽引站的諧波引發(fā)高頻保護誤動，引起大面積停電事故（兩個220kV2×240MVA變電站停電）。河南省220kV柳林變電站原10kV8組6600kVar并聯(lián)電容器，因3次諧波影響原串聯(lián)電抗器選配不當?shù)仍虼罅繐p壞，不得不全部更換（現(xiàn)為8×8000kVar）。北京某化工廠2005年1月18日，外網(wǎng)波動引起斷電，聚氯乙烯30

2.5結(jié)論

電能質(zhì)量涉及國民經(jīng)濟各行各業(yè)和人民生活用電，優(yōu)質(zhì)電力可以提高用電設(shè)備效率，增加使用壽命，減少電能損耗和生產(chǎn)損失，電能質(zhì)量關(guān)系到電力可持續(xù)發(fā)展，也關(guān)系到國民經(jīng)濟總體效益，是實現(xiàn)節(jié)約型社會的必要條件之一。

2.5結(jié)論

電能質(zhì)量涉及國民經(jīng)濟各行各業(yè)和人民生活31電能質(zhì)量標準

3.1電能質(zhì)量國家標準

電能質(zhì)量指標國家標準

供電電壓允許偏差（GB/T12325—2003）

電壓波動和閃變（GB12326—2000）

公用電網(wǎng)諧波（GB/T14549—93）

三相電壓允許不平衡度（GB/T15543—1995）

電力系統(tǒng)頻率允許偏差（GB/T15945—1995）

暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓（GB/T18481—2001）電能質(zhì)量標準

3.1電能質(zhì)量國家標準

電能質(zhì)量指標國家32電能質(zhì)量測量國家標準供電系統(tǒng)及相連設(shè)備的諧波、諧間波的測量和測量儀器導則（GB/T17626.7—1998）電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備——通用要求（GB/T19862—2005）電能質(zhì)量測量國家標準供電系統(tǒng)及相連設(shè)備的諧波、諧間波的測量和33相關(guān)的設(shè)備國家標準低壓電氣及電子設(shè)備發(fā)出的諧波電流限值（設(shè)備每相輸入電流≤16A）（GB17625.1—1998）對額定電流不大于16A設(shè)備在低壓供電系統(tǒng)中產(chǎn)生的電壓波動和閃爍的限制（GB17625.2—1999）對額定電流大于16A的設(shè)備在低壓供電系統(tǒng)中產(chǎn)生的電壓波動和閃爍的限制（GB/Z17625.3—2000）半導體變流器與供電系統(tǒng)的兼容及干擾防護導則（GB/T10236—2007）相關(guān)的設(shè)備國家標準低壓電氣及電子設(shè)備發(fā)出的諧波電流限值（設(shè)備34電能質(zhì)量治理設(shè)備（裝置）國家標準輸配電系統(tǒng)靜止無功補償器用晶閘管閥的試驗（待批）靜止型無功功率補償裝置（SVC）功能特性（GB/T20298—2006）靜止型無功功率補償裝置（SVC）現(xiàn)場試驗（GB/T20297—2006）電能質(zhì)量治理設(shè)備（裝置）國家標準輸配電系統(tǒng)靜止無功補償器用晶35美國計算機和商用設(shè)備制造商協(xié)會（ComputerandBusinessEnquipmentManufacturersAssociation，即CBEMA）出于大型計算機及其