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

前言

指导性技术文件等同采用国际标准电磁兼容第部分限值第分部

分中高压电力系统中畸变负荷发射限值的评估指导性技术文件推荐了中高压电力系统中畸变

负荷发射限值的评估方法

指导性技术文件是电磁兼容限值系列国家标准之一该系列标准目前包括以下标准

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

电磁兼容限值对额定电流不大于设备在低压供电系统中产生的电

压波动和闪烁的限制

电磁兼容限值对额定电流大于的设备在低压供电系统中产生的

电压波动和闪烁的限制

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

电磁兼容限值中高压电力系统中波动负荷发射限值的评估

指导性技术文件仅供参考有关对指导性技术文件的建议和意见向国务院标准化行政主管部

门反映

指导性技术文件的附录附录附录附录附录附录和附录为提示的附录

指导性技术文件由国家电力公司提出

指导性技术文件由全国电磁兼容标准化联合工作组归口

指导性技术文件负责起草单位国家电力公司武汉高压研究所广州电力工业局

指导性技术文件主要起草人郎维川徐达明邬雄聂定珍蒋虹龚增

前言

国际电工委员会是由所有参加国的国家电工委员会国家委员会组成的世界性标准

化组织其宗旨是促进电气和电子技术领域有关标准化的全部问题的国际一致为此除开展其他活动

之外还出版国际标准标准委托由技术委员会制定任何对制定项目感兴趣的国家委员会均可参

加与有联络的国际组织政府和非政府构也可参加这一工作与国际标准化组织按

照两组织间的协商确定的条件密切合作

由于各技术委员会都有来自对相关制定项目感兴趣的所有国家的代表所以对有关技术内

容作出的正式决定或协议都尽可能地表达国际一致的意见

所产生的文件可采用标准技术报告或导则的形式出版以推荐的方式供国际上使用并在此意

义上为各国家委员会所接受

为了促进国际上的一致国家委员应尽可能最大限度地把国际标准转化为其国家标准

和地区标准对相应国家标准或地区标准与国际标准之间的任何分歧均应在标准中清楚地说明

不对符合标准与否的争议表态也不对任何声称符合某一标准的设备承担责任

技术委员会的主要任是制定国际标准在特殊的情况下技术委员会可以出版下列类型之一

的技术报告

类型当尽管经过再三努力而不能作为国际标准出版时

类型当这个主题仍处于技术发展阶段或者由于任何其他原因在今后而现在不能马上同意作

为国际标准时

类型当技术委员会在例行出版国际标准的过程中搜集到各种资料例如科学发展动态时

第类和第类技术报告自出版时起到决定它们是否能成为国际标准的三年内会受到复审第

类的技术报告直到认为他们提供的资料不再有效或有用之前没有必要进行复审

是第类技术报告是由以下委员会制定的

技术委员会电磁兼容的分技术委员会低频现象

该技术报告是的第部分第分部分按照导则它具有基础出版物的

地位

标准文基于下表中的文件

委员会草案表决报告

上表中的表决报告中可找到表决通过技术报告的全部信息

附录附录附录附录附录附录和附录仅作参考

引言

标准是系列标准的一部分该系列标准的构成如下

第一部分综述

综合考虑概述基原理

定义术语

第二部分环境

环境的描述

环境的分类

兼容性水平

第三部分限值

发射限值

抗扰度限值由于它们不属于产品委员会的责任范围

第四部分试验和测量技术

测量技术

试验技术

第五部分安装和减缓导则

安装导则

减缓方法和装置

第六部分通用标准

第九部分其他

每一部分又可分为若干分部分它们作为国际标准或技术报告出版

中华人民共和国国家标准化指导性技术文件

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

范围

指导性技术文件提出了用来作为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

所根据的一些基原则其主要目的在于为工程实践提供指南以保证对所有被接入系统的用户都有合

适的供电质量

由于本指导性技术文件提出的指南必须要以某些假定为根据所以并不保证这些方法对所有的谐

波问题总能提供最优的解决方案应该灵活地使用所推荐的方法并应根据工程实际情况决定何时全部

或者部分地采用给出的评估程序

关于产生畸变的设备能否接入电力系统的问题最终由供电公司决定

与谐波有关的问题分为两种基本的类型

由变流器或其他谐波源把谐波电流注入到供电网络中谐波电流及其所引起的电压可认为是

传导的现象标准的目的在于把供电网络中实际的谐波电压限制到对敏感设备不造成有害影响的水

平兼容水平既然谐波电压是由谐波电流和阻抗引起的因此必须对注入系统的谐波电流加以限制

在范围内的谐波电流可能把干扰引入到通信系统中由于在高次谐波频率下电

路之间的耦合增加和在音频范围内通信回路有更高的灵敏度所以这种现象更加显著

指导性技术文件的重点主要放在控制或限制谐波电压及其影响但也有一章涉及对通信的干扰

注

负荷被理解为整个用户的设备

关于系统电压指导性技术文件使用下列的术语

低压指的是

中压指的是

高压指的是

超高压指的是

本指导性技术文件中网络的作用比它的标称电压更重要例如一个用于配电的高压系统可能会给出一个规

划水平见第章这是一个位于中压系统和高压系统之间的水平

引用标准

下列标准所包含的条文通过在本指导性技术文件中的引用而构成为指导性技术文件的条文

指导性技术文件出版时所示版均为有效所有标准都会被修订使用本指导性技术文件的各方应探

国家质量技术监督局批准实施

讨使用下列标准最新版本的可能性

电磁兼容术语

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

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

电磁兼容第部分环境第分部分公用低压供电系统低频传导骚

扰和电网传输信号的兼容水平

基本概念

单台设备或者一个用户的总负荷的发射限值应该在电压质量标准的基础上加以规定某些基概

念是用于评估电压质量的为了使这些概念对于评估方面是有用的要根据它们应用的地点位置以及

它们是如何测量测量的周期采样时间平均持续时间统计方法和计算等方面来加以规定这里描述

了这些概念并在图和图中进行了说明有关定义可参见

兼容水平

兼容水平是用来协调组成供电网络的设备或由供电网络供电的设备发射和抗扰度的参考值见表

以保证整个系统包括网络及所连设备的电磁兼容性利用表示骚扰的时间和空间的概率

分布兼容水平一般以整个系统的概率水平为基础由于供电公司不可能在所有时间对网络的所

有各点进行控制而允许有偏差因此应该以整个系统为基础按兼容水平进行评估而不对某个特殊位

置的评估提供评定方法

表给出了和系统的谐波电压兼容水平用标称电压的百分数表示

表和电力系统中谐波电压兼容水平

非倍次数奇次谐波倍次数奇次谐波偶次谐波

谐波次数谐波电压谐波次数谐波电压谐波次数谐波电压

注总谐波畸变率

规划水平

规划水平是在规划时评估所有用户负荷对供电系统的影响所用的水平供电公司为该系统的所有

各电压等级规定了规划水平并且规划水平可以认为是供电公司内部的质量目标规划水平等于或小于

兼容水平由于随着网络结构和环境条件的不同而有不同的规划水平所以只可能给出一些指标值作

为例子见表中给出的谐波电压的规划水平

表中的规划水平不用于控制诸如地磁暴等不可控事件产生的谐波

指导性技术文件的其余部分概述了利用这些规划水平评估每个用户的连接要求的程序

评定程序

测量谐波谐间波的基础标准是为了把实际的谐波水平与规划水平进行比较测

量的最小周期建议为一个星期

每天最大的概率的值在非常短的时段各次谐波分量的有效值不宜超过规划

水平

每星期最大的值在短的时段各次谐波的有效值不宜超过规划水平

每星期最大的值不宜超过倍的规划水平

注谐波测量一般最高到在大多数情况下对于评估电源骚扰的畸变影响这是足的但是在某些情况下

直到次的更高次的谐波可能有重要的作用例如

电压波形有缺口的大型换流器

具有多脉波数换流器的大型设施例如铝厂

与电力系统连接的带有换流器的新型电力电子设备

这些实例可能导致在邻近的敏感设备中例如传感器通信系统等引起噪声干扰一般认为较高次的谐

波随位置和时间的变化比较低次的谐波更明较高次的谐波是由单相负荷用户产生的经常还伴有电力系统

谐振当与高次谐波有关时可能需要范围更广的评估

这些实例可能导致在邻近的敏感设备中例如传感器通信系统等引起噪声干扰一般认为较高次的谐

波随位置和时间的变化比较低次的谐波更明较高次的谐波是由单相负荷用户产生的经常还伴有电力系统

谐振当与高次谐波有关时可能需要范围更广的评估

表和电力系统谐波电压规划水平的指标值用标称电压的百分数表示

非倍次数奇次谐波倍次数奇次谐波偶次谐波

谐波次数谐波电压谐波次数谐波电压谐波次数谐波电压

对于系统而言关于的规划水平值似乎可能是相当高的但可能会遇到这样的值并值得注

意次谐波并不总是与直流分量联系在一起的

注总谐波畸变率网络为网络为

图和图说明了上述的基概念并力图强调这些基本变量之间最重要的关系在整个电力系统

中见图在某些场合不可避免地会出现干扰因此在骚扰水平的分布和抗扰度水平之间有明的

重叠一般地规划水平等于或小于兼容水平它们是由网络的业主规定的抗扰度试验等级按照有关

标准的规定或者由制造商和用户之间商定

如图所示在任一位置处的骚扰水平和抗扰度水平的概率分布通常比整个电力系统的要窄所以

在多数位置处骚扰水平和抗扰度水平的分布有一点重叠或者没有重叠因此干扰的影响较小设备能

满意地行其功能即比图所建议的更容易达到电磁兼容性

图利用包括整个系统的时间位置统计分布的电压质量的基概念图示说明

图有关整个系统中的某处时间统计分布对电压质量基概念的图示说明

发射水平

在每一谐波谐间波频率畸变负荷的发射水平是谐波谐间波电压电流如果没有其他畸变负

荷出现那末由该负荷引起的谐波谐间波电压电流进入到电力系统中

为了把用户的总负荷谐波电流发射与发射限值相比较测量的最小周期建议为一个星期

每天最大的概率的值在非常短的时段各次谐波分量的有效值不宜超过发

射限值

每个星期最大的值在短的时段各次谐波的有效值不宜超过发射限值

每个星期最大的值不宜超过倍的发射限值

短持续时间猝发谐波时间也应该加以限制例如关于电网信号系统这个问题正在研

究中

实际上一般是从有关负荷和系统的数据来评估这些水平的由于可能有许多其他的畸变负荷出

现直接测量这些水平是困难的有关谐波测量的基原理见另外有一份关于这个课

题的技术文件正在研究中

基本原则

所提出的接受畸变负荷的评估方法取决于用户的协议功率产生谐波设备的功率和系统特性其目

标在于把来自各用户总的负荷注入的电压畸变水平限制到不致超过规划水平确定了一个三级评估法

这三个等级可以按顺序使用或独立使用见图

第级骚扰发射的简化评估

对于用户安装小型电气设备供电公司一般不必经专门的谐波发射评估即可以接受其发射的限

制一般由这些小型设备的制造商负责例如是一个产品类标准这个标准对连接到系

统的设备规定了谐波发射的限值由于下列的原因目前还没有关于设备的发射标准

中压等级的电压在和之间变动

国际上对中压系统还没有规定基准阻抗

有些国家的供电公司能确认本国的和系统的基准阻抗这就使得他们能规定谐波电

流的发射限值并且对按第一级接入的用户负荷不必进行详细的估算

即使不能规定基准阻抗但也有可能规定关于系统甚至系统接受用户负荷的准则

例如可以按惯例采用一个加权的畸变功率见作为对用户设备内的总畸变负荷的估计如果

总畸变功率或用户的协议功率相对于在公共耦合点处的短路容量是小的则不必进行详细的估

算

第章建立了关于应用第级评估时的特殊准则

第级与实际网络特性有关的发射限值

如果某负荷不满足第级准则的要求则应结合系统吸收谐波的能力来评估产生谐波的设备的特

性系统的吸收能力是根据规划水平导出的并且按照每个用户对系统总容量的需求分配给各用户在

中压系统当把规划水平分配给各用户时也应考虑从高压系统导出的骚扰水平

这个方法的基原理是如果一个系统是满负荷的并且所有用户最多都注入各自限值的骚扰那

么总的骚扰水平将等于规划水平第章概述了把规划水平分配给各用户的一种程序

第级在特殊和根据不充足的情况下接受高的发射限值

在特殊环境下用户可能请求把骚扰发射超过第级允许限值的负荷接入系统在这种情况下用

户和供电公司要商定一些可接入畸变负荷的特殊条件为了确定这些特殊的条件必须对现有和将来的

系统的特性仔细地进行研究

注应用第章第章第章推荐的方法所得到的发射限值是力图使谐波水平低于规划水平应用第章所述

的其他方法是为了限制对通信的干扰

责任范围

用户应负责在处的发射维持低于由供电公司规定的限值

注指导性技术文件主要是与发射有关的但是如果接入了滤波器或电容器组而没有适当的考虑它们在电力系

统中正常出现的谐波干扰那么谐波的吸收也可能是一个问题因此谐波吸收的问题也是用户责任的一部分

供电公司应遵照国家的要求负责在正常运行条件下完全控制骚扰水平

供电公司必须提供用于评估用的网络数据评估程序见图是按照这样一种方式来设计的即来

自用户的谐波发射不致引起整个系统的谐波电压水平超过规划水平和兼容水平然而并不保证应用所

推荐的方法完全不超过这些水平

最后当有必要鉴定减少发射的最佳方法时供电公司和用户应相互配合用户有责任选择这种减

少发射的方法及其设计

对发射水平评估的一般指南

畸变负荷谐波注入的评估

章考虑了在电力系统和用户设备中可能存在的各种运行情况和非理想的工作条件其意图在于

为评估畸变负荷的谐波注入提供一般的指导有关评估工厂供电系统中发射水平的更详细的资料可以

参考其他的出版物

畸变负荷的运行条件

评估畸变负荷的谐波注入时应考虑最不利的运行情况包括部分时间的计划停电例如大型多

相整流设备中一台脉波整流器的计划停电

对于简单的情况利用每一谐波频率和谐间波频率下的最大电流可以评估用户畸变负荷注入的谐

波这些最大电流可以超过每一台设备可能运行的范围对于大的负荷这种方法可能导致过分保守的

结果而为了评估这种畸变负荷注入的最大谐波可以考虑所有设备可能同时运行的最不利方式下的一

组谐波和谐间波电流

非理想的运行条件

在实际情况中供电网络和用户设备不可避免地会出现某种程度的不对称这将会导致产生非特征

谐波相对于特征谐波来说这些非特征谐波也许很小但是在预测某些类型的负荷如不断变动的负

荷采用多脉波数整流器的大型整流装置的骚扰水平时应计及这些非特征谐波

必须考虑下列的非理想运行条件

供电电压不平衡

在三相供电电压中出现的基频的负序分量通常会产生正序和或负序的倍次的奇次谐波对于电

力系统非理想的稳态运行应考虑电压不平衡率最高为

换流变压器和换相阻抗不平衡

两个脉波换流变压器之间的匝数比匝数比不是准确地等于和电抗的制造允许偏差

一般只产生与脉波变流器相联系的非特征谐波相间的换相阻抗不对称产生非特征谐波也取决

于变压器绕组的连接方式

点火角不对称

阀点火瞬时的变化产生各次谐波各阀之间的点火角的偏差取决于点火回路的实际设计

滤波器脱谐

为了符合发射限值的要求在安装谐波滤波器时需要评估谐波骚扰也应考虑脱谐的影响其主要

原因是

在稳态运行时电源频率会发生变化

由于制造偏差引起的初始失谐和因环境温度变化而引起滤波器元件值的改变

滤波器元件的老化

滤波器和电容器组随着负荷变化的计划切换操作

方括号中的数字指的是附录中参考资料的编号

图评估程序框图

谐波阻抗

大多数畸变负荷起着谐波源的作用预测被接入负荷在出现的谐波电压必须掌握从看

去的网络的谐波阻抗为了估算负荷的谐波电流在供电网络的其他元件上产生的电压也需要进行计算

谐波阻抗

然而谐波阻抗的估算可能是一个十分复杂的问题现在已有一些测量和计算的方法但是没有一

种是完全令人满意的甚至连最好的计算机程序或网络分析仪也不能弥补可靠数据的不足此外网络

的谐波阻抗随着时间可能有显著的变化

可参考国际会议上的一篇论文网络谐波阻抗评估指南以下给出了进行手工计算的指南在

大多数情况下有足的准确度尤其是对于有关中压网络的问题

简化的评估方法

为了讨论几种基情况以图的简化网络作为参考

与频率成正比的

在没有大的功率因数补偿电容器和大的电缆网络图中略去了的简单网络的情况下不可

能出现频率超过次谐波谐振的条件在这种情况下可以认为主要是感性的近似计算式为

在下列几种情况下使用这种方法可以有合理的准确度一般不大于

母线是通过变压器供电的变压器的阻抗大于电源的阻抗

当在所研究的频率范围内高压电源可能发生谐振时

当在所研究的频率范围内高压电源不可能发生谐振时

当连接到二次系统的总电容小以致谐振频率至少为所研究的最高谐波频率的倍时

具有单次并联谐振的

第一并联谐振点的频率通常估计为

式中与对应的每相电感

每相的总电容计及功率因数补偿电容和电缆电容

另一个公式也可以估算

式中基波频率

系统母线处的短路功率

系统中的电容和电缆发出的总无功功率

并联谐振频率的估算是在假设所有的电容元件都连接到母线上时的一种近似计算根据图在

处所得的值是两个分量和并联的和

图用于评估阻抗包络线的网络接线图

但是在靠近谐振点处这种方法给出的阻抗值非常高为了计算出正确的值应该计及网络阻抗的

电阻分量然而在实际情况下确定谐波频率下的电阻分量是十分困难的因此建议在计算的值时

只用和而略阻性分量并且限制的值使得谐振放大倍数不超过

倍较小的倍数适用于负荷较重的网络而较大的倍数用于带有很轻负荷的网络在公用电网中正常

情况下谐振放大倍数不超过倍但是在某些工业网络中在照明负荷或高的电动负荷的情况下放

大倍数可能达到倍

一般情况阻抗包络线法

复杂的供电网络和与其相连的设备一般地会产生多频点谐振它们起源于无功补偿设备或滤波系

统的电容器以及电缆和线路的电容此外网络结构的不固定使得阻抗随不同的网络结构或不同的负荷

而变化整个系统越复杂则谐振的频点越多例如在图中的处的一个附加电容和并

联会引起的二次谐振其谐振频率一般地比第一次谐振频率更高

在正常的系统中引入一个如上所述的在之间的系数能适度地阻尼第一次谐振第

二次谐振和更高次数的谐振的阻尼通常比第一次谐振要低在这些情况下像换相缺口这样的电压突

变会导致阻尼振荡然而迄今为止的经验表明对于第二次和更高次数的谐振的比值

小于

简化方法利用了阻抗包络线见图该曲线描述了幅值但没有关于相角的信息这个包络线包

括了第一谐振点放大系数为的最大阻抗值和更高频率的谐振点相应于网络短路阻抗的放大系数

为而不考虑谐振回路的最大阻抗值

图中压网络的阻抗包络线

图中由给出根据式或式并且及以下

以上

利用这一方法可以免去具体的分析测量和模拟但是此法常常会导致对谐波电压的过高评估

见注

注

以上给出的谐波阻抗包络线并没有给出用户设备阻抗和系统阻抗之间何处可能发生谐振的足的信息例如谐

波滤波器设计在这种情况下必须要确定谐波阻抗的相角而且假如对用户的发射限值是用电流来表示的

那么在滤波器母线侧看到的电力系统的最小阻抗也应该考虑以便检验接在滤波器之后的网络中的电流如果

在用户设备和网络之间存在有串联谐振则表示并联滤波可能不充分

对于电压高于的系统一般不推广此法但是在评估网络谐波阻抗时通常建议要考虑系统的各种运行

方式以及可预见到的将来系统的变化对每一感兴趣的谐波频率应该把表明最大和最小阻抗的幅值和相角的

轨迹以表格或一组曲线的形式当预期现有和将来的系统结构之间有重大的改变时应该能清楚地提供系统的组

成结构以便使用户能对他的设备进行最优的设计

由于广泛研究的结果有可能确定特定类型的网络最大的谐波阻抗包络线这种包络线有时

候是为了快速评估网络谐波阻抗而作为最不利情况下的阻抗曲线来使用的附录给出了这种方法

的应用实例

详细的手算法

更精确的手算法如扩展数据表技术是可行的但推荐使用计算设备作为例子附录中给出了由

推荐的方法

求和法则

为了考虑传导骚扰的叠加有必要采用有关各种负荷产生的骚扰相加的假定在谐波骚扰的情况

下在配电系统任何点上实际的谐波电压或谐波电流是每个谐波源的各分量矢量相加的结果

一般使用的有两种求和法则第一种求和法则应用起来比较简单第二种则是更一般的求和法则

第一求和法则

第一求和法则即一种利用差异因数的简单线性法则

式中供电网络的背景谐波电压当第个负荷未接入时在供电网络中出现的谐波电压

差异因数的大小与下列因素有关

所考虑的设备的种类

谐波次数

所考虑的设备的额定功率和在处的短路功率的比值

表给出了一般情况下差异因数的指示值表给出是带有电容滤波的不可控整流器时的指标值

表在一般情况下的差异因数指标值

表带有电容滤波的不可控整流器的差异因数指标值

注数据变化是由于功率电容和负荷的变化引起的

当现有的背景谐波和新增加谐波的相角已经知道时在起加强作用的情况下可能是负值

采用差异因数的方法是特别有用的

第二求和法则

根据经验对于谐波电压和谐波电流可以采用更一般的求和法则第次合成谐波电压的求和法则

是

式中对所考虑的一组谐波源概率统计值计算出的第次合成谐波电压的值

要进行合成的各单个谐波电压第次的值

一个指数主要取决于两个因素

对不超过计算值的实际值所选择的概率值

各次谐波电压的幅值和相位随变化的程度

考虑到

谐波发射合成主要指的是不超过的概率值

组合成发射叠加的谐波源与配电系统中较大负荷的发射相对应它们把骚扰从一个电压

等级传送到另一个电压等级并把大量分散的低压负荷的发射综合成总的发射

低次的奇次谐波特点是

幅值在网络中几乎到处都是比较大的并且一般长时间地稳定存在

相角具有相当窄的变化范围在各谐波源处的变化有限在没有低频谐振的情况下这些

有限的变化是由于在网络中传播的结果

高次谐波的幅值和相角的变化范围较大

根据当前得到的资料可采用下列的一组系数

表谐波求和用的指数

谐波次数

注当已知谐波可能是