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[国际标准]IEC61000系列标准对中国电网谐波标准的指导作用概述 [复制链接]

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只看楼主倒序阅读使用道具楼主发表于: 2023-07-26

关键词： IEC61000 标准电磁兼容谐波国家标准

摘要：本文谈IEC 61000系列标准文件对电网谐波国标的指导作用，EMC能协调干扰发射者和承受者之间的关系，使其 "兼容"。

0　概述

　　从1998年开始，我国发布的电磁兼容(EMC)标准中计有二三十项取自(等同或等效)国际电工委员会(IEC)近年来颁布的IEC 61000系列标准文件［１］。

　　众所周知，各种电气设备之间以电磁传导、感应和辐射3种方式彼此关联并相互影响，在一定的条件下会对设备的正常工作和人类造成干扰和危害。20世纪80年代兴起的电磁兼容学科就是以研究和解决这方面问题为宗旨的。该学科的着眼点是对干扰的产生、传播、接收、抑制机理以及相应的测量、计量技术进行深入的研究，在此基础上，根据经济、技术最合理的原则，对产生的干扰水平、抗干扰水平，以及抑制措施作出明确的规定，使处于同一电磁环境的设备都是"兼容"的。也就是说，一个设备(或装置、系统)在其电磁环境中满意地执行其功能，而又不向该环境中的任何实体引入不能允许的电磁扰动。

　　EMC的基本任务是协调干扰发射者和承受者之间的关系，使其 "兼容"。协调的办法是制定合理且配套的规定值。协调中所涉及的几个参数关系如频率、电压偏差值、谐波含量、电压波动和闪变值、三相电压不平衡度等。

　　实际上EMC兼容水平是为了达到协调的目的而定出的一个参考值，有这一参考值便可以采用适当的方法和裕度，确定干扰源的发射限值以及电气设备抗干扰限值。

　　IEC 61000系列标准包括6个部分：①总论，61000-1包括总的考虑(介绍、基本原则)、定义、术语；② 环境，61000-2包括环境描述、环境的分类、兼容水平；③ 限值，61000-3包括发射限值、抗扰限值；④ 试验和测量技术，61000-4包括测量技术、试验技术；⑤ 安装和抑制导则，61000-5包括安装导则、抑制的方法和装置；⑥ 杂项，61000-6。以上每一部分均有一套标准，目前已正式出版的文件只是其中一部分。

　　IEC 61000系列标准文件实际上分为国际标准类文件和第一、二、三类技术文件。其中第一类技术文件是 "尽管经过再三努力而不能作为国际标准出版"的；第二类技术文件是"文件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"的；第三类技术文件是"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，这些资料一般不是作为国际标准公布的，例如'技术的状况'"。第一类和第二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3年内会受到复审。第三类技术报告则直到认为提供的资料不再有效或有用之前，没有必要再进行复审。

　　对于IEC标准文件，应根据其性质和内容，结合国情采用，以适应我国加入WTO后的形势和需要。涉及IEC国标标准类文件，应尽量等同或等效采用。对于技术类文件，应有分析地吸收其中先进的适用部分，以修订和完善相应的国家标准。

　　1　电网谐波国标和EMC标准的基本关系

　　保证电能质量，以使用户安全、正常用电是电力部门的职责。但电能质量和一般产品质量不同之处在于它不完全取决于电力生产企业，有的质量指标(例如：谐波、电压波动和闪变，三相电压不平衡度)主要由用户负荷的干扰所致。因此电能质量的保证，需要供用电双方共同努力，共同承担相应的责任.

　　国标GB/T 14549-1993是以限制电网中非线性负荷产生的谐波干扰，保证公用电网谐波电压水平在合理范围内为目标的。因此，标准中规定的各级电网谐波电压限值对应于图1中"发射限值"线。例如，国标中规定低压(380V)电网谐波电压总畸变率(THDU)为5%。而IEC 61000-3-6(即国标指导性文件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》)中引用了IEC 61000-2-2和IEC 61000-2-4(均为国标标准)的中压和低压兼容值THDU为8%，这两者没有矛盾。截止到2000年底，已采用为国标的与谐波相关的IEC 61000标准文件如表1所列。IEC 61000是一个EMC庞大的标准体系，每个标准文件的内容均比较丰富，如综合某指标的各部分的相关内容就成为该指标较为完整的标准。例如，在IEC 61000-3-6中，不仅包括谐波电压兼容值和规划值示例，还对谐波的合成计算，中、高压负荷的谐波限值三级处理方法，供电容量的确定等，均作了规定和说明，其中包括对间谐波和电话干扰影响的研究成果，并以附录形式给出谐波阻抗和三级处理方法的计算实例。在GB/T 17626.7-1998(即IEC 61000-4-7)中规定了用于谐波测量的仪器主要性能、准确度要求，总结了电压和电流互感器谐波测量的误差，提出对不同波动性质的谐波测量规定等。这些对于将来谐波国标的修订均很有参考价值。我国依据这套标准文件的具体内容，以不同形式(等同、等效；强制性、推荐性或指导性)采用，以加快国家标准现代化的步伐是完全正确的。

因此，作为电能质量的谐波国家标准和IEC 61000系列EMC标准是既有联系、又有区别的2套标准。从限值上讲，谐波国标不应超过IEC规定的EMC兼容水平，在此原则下，谐波国标的限值应根据国情经研究论证确定。从谐波指标分配、计算和测量等内容看，在吸取相关EMC标准文件内容基础上，使标准做到兼顾科学性、合理性和可操作性，这就是二者的基本关系。下面结合国内在谐波标准方面的一些不同认识，谈谈笔者的看法。

　　2　EMC谐波兼容水平8%的合理性

　　IEC国标标准的权威性是毋容置疑的，这当然不是说对其具体某项(指标)规定不能讨论。但讨论应当是说理的、有分析的、实事求是的。文献［2］中指出"IEC 61000-3-6报告取CIGRE 36-05文献的高值作为电网谐波电压的兼容水平，却没有提供任何理论的或实践的依据"，而实际并非如此。首先，IEC 61000-3-6在附录H中列有参考文献21篇，这些都应是其制定理论或实践的依据，至少这个论断中提到的CIGRE 36-05文献应是其制定的依据之一；其次，EMC的兼容水平和电网谐波限值是不同的概念，不应混为一谈。将低压EMC的谐波兼容水平定为5%更合理吗?如照此规定，各国制定的低压谐波限值(THD)均不能超过5%是很难实现的。诚然，根据当时(1981年)CIGRE36-05工作组调查结论［３］，认为"高值"(8%)是电网中很少超过的数值，但其干扰影响的概率比较高，"低值"(5%)是在大量干扰负荷附近很可能出现的数值，干扰影响的概率较小。IEC考虑到电网谐波源不断增长的趋势，确定THD为8%作为低压兼容水平是完全正确的。下面举2个低压电网谐波水平调查实例，说明IEC相关规定的合理性。例1：从1998～2000年对北京20个居民配电小区和3座居民楼进行了长时间的谐波监测，发现60%的监测点在用电高峰时段内，电压总畸变率和3次谐波电压含有率都超过国标限值(分别为5%和4%)，个别高达766%［4］。例2：从1988～2000年，日本低压THD由3%增加到7.5%，超过5%的标准［5］。从以上调查看，低压电网谐波水平不断增加是确定无疑的事实，但总体上仍在IEC的EMC标准的范围内。当然，低压超过国标现行规定5%，是否一定要修改限值，这要看超标的原因、超标的范围和影响，以及抑制措施的技术经济效益等多种因素，经综合分析比较后才能决定的。

　　3　关于第三类标准技术文件

　　前面已经指出，IEC 61000系列标准文件是很具有参考或使用价值的。对于其中的第三类技术报告，国内一般以GB/Z形式等同采用，即作为标准指导性文件发布的。对属于这一类文件的IEC 61000-3-6，目前认识上有二种偏向：一种认为这不是国标标准类文件，仅仅是一个技术报告，"认其为'指导性文献'都是不慎重的"［2］，实际上否定该文件在标准上的指导作用；另一种认为应该用这类文件中的限值(兼容水平)取代电能质量相关指标，这实际上把电磁兼容标准混同为电能质量标准。此外，还把一些相关的限值孤立对待(例如，只要高、中压谐波限值提高，不考虑低压限值相应提高的可行性)。

　　IEC 61000-3-6中系统地汇集了大量谐波方面很有参考价值的资料，这些资料中有的是国标标准(例如中低谐波电压兼容水平)，有的是工作组研究成果或推荐的方法(例如规划水平示例、发射限值的三级评估处理办法，一些工程计算方法，测量的原则等)。对待这样一个文件用"非IEC国标标准的性质"笼统地加以否定，而不考虑其具体内容的作法是不妥当的。

　　4　电网谐波国标和EMC标准的若干区别

　　在第1节中已论述了电网谐波国标和EMC标准在限值上的关系。实际上这2套标准还在下列方面存在差别：
　　(1) 内容、范围。谐波国标(GB/T 14549-1993)解决电网中谐波指标的控制问题，因此内容上主要规定了各级电网谐波电压限值，用户谐波电流允许值的分配计算以及测量等内容；EMC涉及谐波方面标准有若干个(表1中所列仅是一部分)，有设备的谐波、电网的谐波、电磁环境的分类(不同类环境有不同的兼容水平)、谐波测量仪器及测量要求、抑制谐波的导则(尚未见文本)、谐波源试验、抗谐波干扰的试验等，根据不同的内容，分散的IEC 61000系列标准6大部分中，各自成为独立标准文本。因此电网谐波国标不只是和IEC 61000-3-6有关，而IEC 61000中有关谐波的规定内容要丰富得多。
　(2) 运行方式的考虑。EMC标准从干扰角度定出的谐波电压兼容水平可以不涉及电网的运行方式，然而把干扰指标分给用户(这是电能质量标准的任务)就不能不考虑运行方式，因为电网谐波电压水平不仅取决于谐波源(一般视为电流源)，也取决于谐波阻抗。后者和电网结构及其运行方式有关。谐波国标中只推荐用短路容量换算出基波阻抗乘以谐波次数得出谐波阻抗的方法。为了得到一般较严重的情况，国标中规定取正常方式下最小短路容量来换算，这样处理是比较粗糙的，虽然可操作性强，但对于高压电网中可行性缺乏依据。IEC 61 000-3-6文件中根据CIGRE工作组的研究报告，推荐了35 kV及以下系统的谐波阻抗经验公式(和国标中换算谐波阻抗的方法有很大不同)，对于电压更高电网的谐波阻抗则认为只能用仿真计算或实测解决。IEC对谐波阻抗的考虑更具科学性和工程上实用性。
　　(3) 其他。对照IEC 61000系列标准文件，电网谐波国标中还存在诸如限值规定，对用户的分级管理，间谐波以及测量仪器和测量方法等方面差别，这些问题已在文献［6］中作过论述，不再重复。

5　结论
　　IEC 61000系列标准文件对电网谐波国标有指导作用，正确理解这2套标准的性质及其相互关系，纠正在标准认识上不正确的偏向，对修订和完善国标有重要意义。
　　本文针对IEC 61000-3-6和GB/T 14549-1993 2个标准文件在国内出现的一些争论焦点，提出笔者的看法。最后从限值、内容范围、运行方式的考虑等方面比较了这2个文件，可以供修订谐波国标时参考。

文章出自: 世科网