馮希軍，亓勇，臧宏志

(1.萊蕪供電公司，山東萊蕪271100；2.山東電力研究院，山東濟(jì)南250002)

0 引言[1]

隨著我國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量的不斷增加，以及輸配電網(wǎng)絡(luò)的不斷完善，電力供需矛盾得到了基本的緩解。然而，電能作為一種商品，到底應(yīng)該遵行什么樣的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，成為人們?nèi)找骊P(guān)注的對(duì)象。

電力電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用與發(fā)展，給電網(wǎng)中增加了大量非線性負(fù)載，給電網(wǎng)注入了大量諧波。引起電網(wǎng)電流、電壓波形發(fā)生畸變，沖擊性、波動(dòng)性負(fù)荷，如電弧爐、大型軋鋼機(jī)、電力機(jī)車(chē)等運(yùn)行中不僅會(huì)產(chǎn)生大量的高次諧波，而且使得電壓波動(dòng)、閃變、三相不平衡日趨嚴(yán)重。這些電能質(zhì)量的污染源，不僅導(dǎo)致供用電設(shè)備本身的安全性降低，而且嚴(yán)重削弱和干擾電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，成為電網(wǎng)的“公害”。

為此，國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局自上世紀(jì)90年代初開(kāi)始，相繼頒布實(shí)施了關(guān)于電能質(zhì)量的五大國(guó)標(biāo)，即:供電電壓允許偏差，供電電壓允許波動(dòng)和閃變，供電三相電壓不允許平衡度，公用電網(wǎng)諧波，以及供電頻率允許偏差。這些標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，對(duì)電網(wǎng)的電能質(zhì)量的評(píng)估、治理起到了很好的指導(dǎo)作用。然而作為電能質(zhì)量規(guī)范的初步探索，標(biāo)準(zhǔn)中的條款更多傾向于定性的規(guī)定，對(duì)很多細(xì)節(jié)沒(méi)有作出進(jìn)一步的說(shuō)明和澄清，導(dǎo)致了對(duì)相同標(biāo)準(zhǔn)的諸多不同理解，給實(shí)際的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行也帶來(lái)了困難。在充分總結(jié)和討論后，國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局對(duì)原4個(gè)國(guó)標(biāo)(除諧波以外)進(jìn)行了較大地修訂，并于2008年6月18日頒布，于2009年5月正式實(shí)施。

本文通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)修訂條款進(jìn)行深入解析，以期能對(duì)從事電能質(zhì)量專(zhuān)業(yè)的同仁對(duì)新標(biāo)準(zhǔn)的理解和執(zhí)行有所幫助。

1 《電能質(zhì)量三相電壓不平衡》[2]

本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)國(guó)標(biāo)GB/T15543-1995進(jìn)行了部分修訂。

1.1 修訂范圍

將原標(biāo)準(zhǔn)名稱《電能質(zhì)量三相電壓允許不平衡度》改成《電能質(zhì)量三相電壓不平衡》，突出了本標(biāo)準(zhǔn)的涵蓋范圍不僅為三相電壓不平衡度的允許值，還包括了該指標(biāo)的測(cè)量方法。

明確了“瞬時(shí)和暫時(shí)的不平衡問(wèn)題不適用于本標(biāo)準(zhǔn)”，指明了三相電壓不平衡是指穩(wěn)態(tài)基波的不平衡。將不平衡度的衡量分為負(fù)序不平衡度和零序不平衡度。但是，零序不平衡度的限值標(biāo)準(zhǔn)“暫不作規(guī)定”。

明確規(guī)定三相電壓不平衡度為基波分量的不平衡度。

1.2 測(cè)量和取值

標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不平衡的測(cè)量和取值作了詳細(xì)的說(shuō)明。通過(guò)對(duì)測(cè)量條件、測(cè)量時(shí)間、測(cè)量取值、算法的規(guī)范，避免了實(shí)際操作中對(duì)同一測(cè)量對(duì)象由于采用的方法和標(biāo)準(zhǔn)不同，而引起的測(cè)量差異。

1.2.1 測(cè)量條件

標(biāo)準(zhǔn)第6.1款規(guī)定:測(cè)量應(yīng)在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的最小方式(或較小方式)下，不平衡負(fù)荷處于正常、連續(xù)工作狀態(tài)下進(jìn)行，并保證不平衡負(fù)荷的最大工作周期包含在內(nèi)。

可見(jiàn)，不平衡的測(cè)量要求充分考慮最嚴(yán)重的工況。

1.2.2 測(cè)量時(shí)間

標(biāo)準(zhǔn)第6.2款規(guī)定:對(duì)于電力系統(tǒng)的公共連接點(diǎn)，測(cè)量持續(xù)時(shí)間取一周(168 h)，每個(gè)不平衡度的測(cè)量間隔可為1 min的整數(shù)倍；對(duì)于波動(dòng)負(fù)荷，按第6.1款規(guī)定，可取正常工作日24 h持續(xù)測(cè)量，每個(gè)不平衡度的測(cè)量間隔為1 min。

由于標(biāo)準(zhǔn)在“測(cè)量取值”條款中，以10 min為衡量標(biāo)準(zhǔn)，因此，“1 min的整數(shù)倍”在實(shí)際操作中宜以10 min為準(zhǔn)。

1.2.3測(cè)量取值

標(biāo)準(zhǔn)第6.3款規(guī)定:對(duì)于電力系統(tǒng)的公共連接點(diǎn)，供電電壓負(fù)序不平衡度測(cè)量值的10 min方均根值的95%概率大值應(yīng)不大于2%，所有測(cè)量值中的最大值不大于4%。

標(biāo)準(zhǔn)第6.3款規(guī)定:對(duì)日波動(dòng)不平衡負(fù)荷，供電電壓負(fù)序不平衡度測(cè)量值的1 min方均根值的95%概率大值應(yīng)不大于2%，所有測(cè)量值中的最大值不大于4%；也可以時(shí)間取值:日累計(jì)大于2%的時(shí)間不超過(guò)72 min，且每30 min中大于2%的時(shí)間不超過(guò)5 min。

可見(jiàn)，對(duì)負(fù)序不平衡度的評(píng)判有95%概率大值和最大值分別不能低于限值。

1.2.4 算法要求

標(biāo)準(zhǔn)6.4款規(guī)定:不平衡度測(cè)量?jī)x器應(yīng)滿足本標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量要求，儀器記錄周期為3 s，按方均根取值。電壓輸入信號(hào)基波分量的每次測(cè)量取10個(gè)周波的間隔。對(duì)于離散采樣的測(cè)量?jī)x器推薦按下式計(jì)算:

式中εk為在3 s內(nèi)第k次測(cè)得的不平衡度，m為3 s內(nèi)均勻間隔取值次數(shù)(m叟6)。

10周波的窗口以及方均根取值，是新標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)點(diǎn)。但新國(guó)標(biāo)中依然并未要求無(wú)縫計(jì)算。

2 《電能質(zhì)量供電電壓偏差》[3]

本標(biāo)準(zhǔn)代替GB/T12325-2003(首次版本為GB/T12325-1990)。

2.1 修訂范圍

將原標(biāo)準(zhǔn)名稱《電能質(zhì)量供電電壓允許偏差》改成《電能質(zhì)量供電電壓偏差》，突出了本標(biāo)準(zhǔn)的涵蓋范圍不僅為供電電壓的允許值，還包括了該指標(biāo)的性能分類(lèi)和測(cè)量方法。

增加了“電壓合格率”的術(shù)語(yǔ)；增加了20 kV電壓等級(jí)的電壓偏差限值；增加了對(duì)電壓偏差的測(cè)量方法，以增強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)的可操作性。

增加了電壓合格率統(tǒng)計(jì)的方法。

2.2 測(cè)量

2.2.1 性能分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)將設(shè)備的性能登記分為A、B兩個(gè)等級(jí):A級(jí)測(cè)量誤差為±0.2%，用于需要精確測(cè)量的地方，如合同仲裁、爭(zhēng)議解決等場(chǎng)合。

B級(jí)測(cè)量誤差為±0.5%，用于調(diào)查統(tǒng)計(jì)、排除故障及其它不需要較高精度的場(chǎng)合。

標(biāo)準(zhǔn)中的測(cè)量誤差考慮的是相對(duì)量，但并未規(guī)定相應(yīng)的量程范圍。因?yàn)樵陔妷狠斎牒苄〉那闆r下，任何儀器固有的絕對(duì)誤差都可能導(dǎo)致相對(duì)值誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)A、B級(jí)精度要求。這一點(diǎn)會(huì)在實(shí)際測(cè)量中可能會(huì)帶來(lái)分歧。

2.2.2 測(cè)量方法

同電壓不平衡一樣，電壓偏差的計(jì)算窗口同樣為10周波。雖然標(biāo)準(zhǔn)中并未明確用類(lèi)似式(1)的方均根算法，但從筆者的理解上，應(yīng)該采用方均根值算出3 s和min或h數(shù)據(jù)。

在統(tǒng)計(jì)間隔上，標(biāo)準(zhǔn)要求:對(duì)A級(jí)性能電壓監(jiān)測(cè)儀，可以根據(jù)具體情況選擇4個(gè)不同類(lèi)型的時(shí)間長(zhǎng)度計(jì)算供電電壓偏差:3 s、1 min、10 min、2 h；對(duì)B級(jí)性能電壓監(jiān)測(cè)儀制造商應(yīng)該標(biāo)明測(cè)量時(shí)間窗口、計(jì)算供電電壓偏差的時(shí)間長(zhǎng)度。

3 《電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率偏差》[4]

本標(biāo)準(zhǔn)代替GB/T15945-1995進(jìn)行了部分修訂。

3.1 修訂范圍

將原標(biāo)準(zhǔn)名稱《電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率允許偏差》改為《電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率偏差》。

增加了頻率偏差的測(cè)量方法；增加了頻率合格率統(tǒng)計(jì)的方法。

3.2 測(cè)量方法

標(biāo)準(zhǔn)4.1款規(guī)定:測(cè)量電網(wǎng)基波頻率，每次取1s、3 s或10 s間隔內(nèi)計(jì)到的整數(shù)周期與整數(shù)周期累計(jì)時(shí)間之比。

4 《電能質(zhì)量電壓波動(dòng)與閃變》[5]

本標(biāo)準(zhǔn)代替GB/T12326-2000(首次版本為GB/T12326-1990)。

對(duì)閃變的限值進(jìn)行了調(diào)整，以長(zhǎng)閃變值作為閃變的限值，較原閃變限值有一定程度的放寬。

對(duì)電壓波動(dòng)限值的判據(jù)作了調(diào)整。對(duì)于電壓變動(dòng)頻度較低或規(guī)則的周期性電壓波動(dòng)，仍采用現(xiàn)行限值為判據(jù)；對(duì)隨機(jī)性不規(guī)則的電壓波動(dòng)，規(guī)定了電壓變動(dòng)的最大值作為判據(jù)，并調(diào)整了原限值。增強(qiáng)了可操作性。

對(duì)閃變的測(cè)量持續(xù)時(shí)間、取值方法進(jìn)行了調(diào)整。公共電壓連接點(diǎn)采用一個(gè)星期的測(cè)量，而對(duì)單個(gè)波動(dòng)負(fù)荷引起的閃變采用一天測(cè)量，并都取最大值為合格判據(jù)。

簡(jiǎn)化了對(duì)閃變的估算方法，刪除了原標(biāo)準(zhǔn)中不常用的并難于執(zhí)行的方法。

簡(jiǎn)化了閃變分析實(shí)例和評(píng)估方法，用較簡(jiǎn)潔的方式給出了各種電弧爐閃變?cè)u(píng)估系數(shù)。

將電壓波動(dòng)和閃變的限值適用范圍擴(kuò)展到了超高壓系統(tǒng)。

增加了閃變合格率的統(tǒng)計(jì)方法。

但閃變的測(cè)量方法上并沒(méi)有改動(dòng)。

5 結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，關(guān)于電能質(zhì)量的四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在以下方面作了較大修正:

(1)對(duì)相關(guān)術(shù)語(yǔ)進(jìn)行了更為清晰的定義，澄清了以往不確定的概念；

(2)對(duì)相關(guān)指標(biāo)的測(cè)量算法進(jìn)行了比較詳細(xì)的規(guī)定，增強(qiáng)了測(cè)量結(jié)果的一致性和權(quán)威性；

(3)對(duì)電能質(zhì)量指標(biāo)的評(píng)估方法進(jìn)行了不同程度的簡(jiǎn)化，增強(qiáng)了實(shí)際操作性。

盡管關(guān)于諧波的國(guó)標(biāo)修訂未能達(dá)成一致，其余四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的修訂，客觀上對(duì)電能質(zhì)量的管理和實(shí)踐起了很好的推進(jìn)作用。此次修訂還充分借鑒了IEC的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，使國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)盡可能地與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(IEC61000-4-30)接軌，對(duì)國(guó)內(nèi)電能質(zhì)量專(zhuān)業(yè)的發(fā)展具有重大的意義。

[1]肖湘寧等.電能質(zhì)量分析與控制[M].北京:中國(guó)電力出版社，2004.

[2]GB/T12325-2008.電能質(zhì)量供電電壓偏差[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008，10.

[3]GB/T15945-2008.電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率偏差[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008，9.

[4]GB/T12326-2008.電能質(zhì)量電壓波動(dòng)和閃變[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008，10.