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谐波判定方法及实例（宝钛集团有限公司 721013）近年来，我集团供电设备经常出现异常声音，并且，整个供电网中的PT、电抗器，以及部分绝缘设备发生多次烧毁现象，综合保护装置多次出现器件烧毁现象，个别区域或者线路的线损出现异常状况，由于设备在损坏或异常之前的周期性预防试验结果均合格，设备的巡视，以及周期维护、清扫非常严格，且可完全排除人为损坏，故以上多项事故并未找到具体事故原因，对我集团的负载性质进行了全面掌握后，初步判断为谐波引起的累计效应。
1 原因分析初步断定这些设备的损坏、装置及计量的异常等问题与谐波累积后果是密不可分的，故从我公司一区 35kV 变电站着手进行分析，此变电站35kV 单母分段，2 台 35/6kV 主变（3#、4#），2 台主变低压6kV侧单母分段，6kV主要负载为电弧型电炉及整流变压器，运行时会产生无功缺失的情况，同时伴随着大量的谐波。
测试分析过程如下：2 数据测试测试对象：一区35kV变电站 3#、4#主变低压 6kV 侧母线进线处测试仪器：Fluke 435II 电能质量测试仪；采样间隔：5 秒电压采样信号：6kV PT 二次侧电流采样信号：3#、4#主变 6kV 侧CT 二次侧测试工况：测试时，两台主变并未满载运行，后期运行负载量未知，此次方案以测量数据为基础进行设计。
测试时间：3#、4#主变 6kV 测量点测量 24 小时（由为了数据分析的准确性，分析数据应该选择整流变连续生产且负荷较大的时间段）3 数据分析3.1 一次系统数据? 考核点最小短路容量：89MVA（根据上端变电站数据进行核算，110 站主变单台25MVA，高-低阻抗 10.22%，经 5.8kM 架空线至 35kV 变电站，架空线型：LGJ-240），负载以小型电弧炉、整流变压器为主，经测量分析整流变主要为 6 脉波变压器。
3.2 谐波允许值（1）谐波电压限值根据中华人民共和国国家标准《电能质量－公用电网谐波》，公用电网谐波电压（相电压）限值规定，考核点的谐波电压应小于表1所列出的数值。
电网中谐波产生的原因、危害及治理措施作者：黄贤丽张金刚来源：《科技资讯》 2015年第9期黄贤丽张金刚(华能集团济宁运河发电有限公司山东济宁 272000)摘要:随着我国经济的快速发展,电力用户中大量非线性电力设备的应用,谐波问题越发引起人们的广泛关注。
在电网诞生之初,谐波就存在,因为发电机和变压器本身就能够产生谐波,但由于量小,并不会产生危害。
然而,随着用电设备种类的增多,以及具有谐波放大效应的并联电容器的广泛应用,谐波的危害变得越来越严重。
大量谐波的存在会污染电网、影响电网中的设备和负荷,因此问题不容忽视。
了解谐波产出的原因及危害,有助于我们更好地制定治理措施。
文章对谐波产生的原因及危害进行了分析,并出了若干治理措。
关键词:基波谐波源谐波治理中图分类号:TM73 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2015)03(c)-0255-011 谐波源如果电网中的电压或电流波形是不理想的正弦波,表明其中有频率高于50Hz的电压或电流成分,该成分即为谐波。
随着非线性电力电子器件组成的电气传动自动化装置的广泛应用和容量的不断增加,谐波污染给公用电网和其他用电设备的带来的影响日益显著。
所以必须考虑谐波产生的原因和它带来的危害,以及如何将危害减少到最小。
凡是能向电网注入谐波电流或谐波电压的电气设备统称为谐波源。
例如:换流设备、电弧炉、铁芯设备、照明设备、某些生活日用电器等非线性电气设备。
整流器、逆变器和变频装置等这一类电气设备,这些设备的用途就是强行切断或连通电流,因此通常要用整流元件的导通、截止特性,而正是这一过程会导致了大量谐波电流的产生。
工业上钢铁企业中所用的电弧炉也是一个很大的谐波源。
电弧炉的熔化过程中,会发生填料不完全融化并结焦成块状固体的现象,这会导致电弧阻抗不稳定。
当电极插入熔化金属时,电极间会产生金属性短路,此时,短路电流的限制通常要依靠电炉变压器的阻抗和所串连的电抗器来完成。
如果电弧的负阻抗特性(电弧的阻抗随电流的增大而急剧减小)和熔化期三相电极出现反复不规则短路以及断弧现象,那么此时电弧炉就会产生谐波电流。
简目录一、电能质量供电电压偏差二、电能质量电压波动和闪变三、电能质量三相电压不平衡四、电能质量电力系统频率偏差五、电能质量暂时过电压和瞬态过电压六、电能质量公用电网间谐波七、电能质量公用电网谐波八、个人综述二、电能质量供电电压偏差1 范围本标准规定了电网供电电压偏差的限值、测量和合格率统计。
本标准适用于交流50Hz电力系统在正常运行条件下供电电压对系统标称电压的偏差。
2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。
凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不住日期的引用文件，其最新版本适用与本标准。
GB/T 156—2007 标准电压（IEC 60038；2002，MOD）3 术语和定义3.1 系统标称电压（nominal system voltage）用以标志或识别系统电压的给定值。
3.2供电点（supply terminals）供电部门配电系统与用户电气系统的联结点。
3.3供电电压（supply voltage）供电点处的线电压或相电压。
3.4电压偏差（voltage deviation）实际运行电压对系统标称电压的偏差相对值，以百分数表示。
3.5电压合格率（voltage qualification rate）实际运行电压偏差在限值范围内累计运行时问与对应的总运行统计时间的百分比。
4 供电电压偏差的限值4.1 35 kV及以上供电电压正、负偏差绝对值之和不超过标称电压的10％。
4.220 kV及以下三相供电电压偏差为标称电压的±7％。
4.3 220 V单相供电电压偏差为标称电压的+7％，-10％。
4.4对供电点短路容量较小、供电距离较长以及对供电电压偏差有特殊要求的用户，由供、用电双方协议确定。
5 供电电压偏差的测量5.1 测量仪器性能的分类测量仪器性能分两类，分别定义如下：A 级性能——来进行需要精确测量的地方，例如合同的仲裁、解决争议等。
中华人民共和国标准电能质量公用电网谐波GB/T 14549—93Quality of electric energy supplyHarmonics in public supply network1、主题内容与适用范围本标准规定了公用电网谐波的允许值及其测试方法。
本标准适用于交流额定频率为50H Z，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110kV执行。
本标准不适用于暂态现象和短时间谐波。
2、引用标准GB 156 额定电压3、术语3。
1公共连接点point of common coupling用户接入公用电网的连接处3。
2谐波测量点harmonic measurement points对电网和用户的谐波进行测量之处。
3。
3基波（分量）fundamental (component）对周期性交流量进行傅立叶级数分解，得到的频率与工频相同的分量。
3。
4谐波（分量）harmonic （component)对周期性交流量进行傅立叶级数分解，得到频率为基波频率大于1整数倍的分量。
3.5谐波次数（h）harmonic order（h）谐波频率与基波频率的整数比。
3。
6谐波含量（电压或电流）harmonic content （for voltage or current)从周期性交流量中减去基波分量后所得的量.3。
7谐波含有率harmonic retio （HR）周期性交流量中含有第h次谐波分量的方均根值与基波分量的方均根值之比（用百分数表示)第h次谐波电压含有率以HRU h表示,第h次谐波电流含有率以HRI h表示。
3。
8总谐波畸变率total harmonic distortion (THD)周期性交流量中谐波含量的方均根值与其基波分量的方均根值之比（用百分数表示)电压总谐波畸变率以THD u表示,电流总谐波畸变率以THD i表示.3。
9谐波源harmonic source向公用电网注入谐波电流或在公用电网中产生谐波电压的电气设备。
电能质量现场测试规范江西省电力公司前言本规范的编制是针对江西省电力系统电能质量指标(公用电网谐波、三相电压不平衡度、电压波动及闪变)测试而制订。
一、范围本规范适用于发电厂、变电站、用户端电能质量指标(公用电网谐波、三相电压不平衡度、电压波动及闪变)现场测试。
二、引用标准GB/T14549-1993 《电能质量公用电网谐波》GB/T15543-2008 《电能质量三相电压允许不平衡度》GB/T 12326-2008 《电能质量电压波动和闪变》电能质量综合测试分析仪技术说明书三、测试前准备工作人员要求1）现场工作人员应身体健康、精神状态良好。
2）必须具备必要的电气知识、掌握本专业作业技能。
3）认真学习了本测试规范。
4）熟悉《电业安全工作规程》相关知识，并经考试合格。
5）有强烈的安全责任感。
工器具及材料1）个人工具箱1套。
2）电能质量综合测试分析仪若干套（在有效期内）。
3）数字万用表1只（在有效期内）。
4）试验接线3套。
5）绝缘胶布1卷。
6）毛刷2把（″）。
7）手电筒1个。
现场准备工作1）开工前两天内，准备好本次测试所需电能质量综合测试分析仪、工器具、相关图纸，收集所测线路或机组的PT、CT变比，现场运行方式、供电主变容量、谐波源用户协议容量等相关技术资料。
电能质量综合测试分析仪的电压、电流回路完好，工器具应试验合格，满足本次测试的要求，材料应齐全，图纸及资料应附合现场实际情况。
2）被测试单位根据现场工作时间和工作内容落实工作票，工作票应填写正确，并按《电业安全工作规程》相关部分执行。
安全提示1）本规范所做测试不需拆动二次回路，测试中严禁拆动二次回路。
2）电流二次回路开路，易引起人员伤亡及设备损坏。
3）电压二次回路短路，易引起人员伤亡、设备损坏及保护误动。
安全措施1）做安全技术措施前应先检查附录A中的《现场安全技术措施》和实际接线及图纸是否一致，如发现不一致，及时向专业技术人员汇报，经确认无误后及时修改，修改正确后严格执行附录A中的《现场安全技术措施》。
谐波治理方案目录1.评估依据：国家标准具体内容 (2)1.1国家标准对谐波的要求 (2)2.项目概述 (2)现场情况描述项目背景 (2)现场测试数据 (5)结论 (9)3.谐波治理方案…………… (9)谐波来源及危害 (9)谐波的防护 (11)数值计算 (12)设计选型 (14)4.PQFS有源滤波器介绍 (16)工作原理 (16)PQFS有源滤波器技术数据 (19)安装方式 (20)控制技术 (20)无功补偿功能 (21)PQFS典型应用效果 (21)5.PQFS有源滤波器照片 (22)1. 评估依据：国家标准具体内容1．1 国家标准对谐波的要求：根据中华人民共和国国家标准《电能质量、公用电网谐波》GB/T14549-93中规定公用电网谐波电压（相电压）、电流限值如下：1）谐波电压限值公用电网谐波电压（相电压）不应超过下表中规定的允许值。
2）谐波电流限值a)公共连接点的全部用户向该点注入的谐波电流分量（方均根值）不应超过下表中规定的允许值。
电压Kv 短路容量MVA10 786210 100b)同一公共连接点的每个用户向电网注入的谐波电流允许值按此用户在该点的协议容量与其公共连接点的供电设备容量之比进行分配。
2．项目概述2．1 现场情况描述项目背景1）测试现场描述公司车间供电系统进行谐波检测，本次测试仪器选用FLUKE 435 电能质量测试仪，测试点分别设置在低压配电房总进线开关的输出端（见图一）、阴极涂布机密母插接箱电源开关的输出端（见图二）、化成机密母插接箱电源开关的输出端（见图三）、搅拌机控制箱电源开关的输出端（见图四）。
经现场测试，线路存在较大的谐波电流，主要谐波次数为3次、5次、7次、11次。
由于供电系统电能质量恶劣，谐波畸变率高，给设备的正常运行带来了极大的安全隐患。
2）测试点3#变图一、低压配电房测试点示意图图二、阴极涂布机测试点示意图图三、化成机测试点示意图图四、搅拌机测试点示意图2．2 现场测试数据2．2．1 低压配电房测试数据1）电压波形图2）电流波形图3）谐波电流计量屏幕4）谐波电压计量屏幕5）谐波频谱屏幕6）记录数据附录一：低压配电房测试记录数据；附录二：低压配电房测试谐波频谱全图。
电能质量及谐波标准内容提纲1．电能质量基本概念2．电能质量的影响3．电能质量国家标准综述4．电能质量国家标准摘要5．电能质量国外标准简介6．谐波国家标准基本内容7．国外谐波标准介绍1 电能质量的基本概念（1）电力系统概况：结构、有功和无功平衡，各种干扰（2）电能质量——关系到电气设备工作（运行）的供电电压指标。
（3）电能质量指标：电压偏差、频率偏差、谐波、电压波动和闪变、三相电压不平衡度、暂时过电压和瞬态过电压、电压暂降、波形缺口、……（4）电能质量指标特点：a. 空间上、时间上不断变化b. 需要供、用电双方共同合作维护（5）电能质量问题的由来Ø 随电力工业诞生而存在的一个传统问题；Ø 现代用电负荷结构发生了质的变化。
电力电子技术广泛应用，家用电器普及，炼钢电弧炉和轧机的发展等，由于其非线性、冲击性以及不平衡的用电特性引起电能质量的恶化。
Ø 计算机的普及、IT产业的发展、微电子控制技术应用导致对电能质量要求越来越高。
例如：一个计算中心失电2s就可能破坏几十个小时数据处理结果，导致几十万美元产值损失；1～2周波供电电压暂降，就可能破坏半导体生产线，导致上百万美元损失。
据统计美国因电能质量问题造成的损失每年高达260亿美元。
2005年由国际铜业协会（中国）的一次“中国电能质量行业现状与用户行为调研报告”中，调查了32个行业，共92个企业中有49个企业，因电能质量问题，在经济上损失2.5～3.5亿元（人民币），每个企业年经济损失约10万～100万（人民币）（其中有四家年损失1000万元以上）。
（6）关于电能质量的定义Power Quality——电能质量（电源质量、电力质量、电力品质）Ø 导致用户设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率偏差。
Ø 合格电能质量的概念是指给敏感设备提供的电力和设置的接地系统是都适合于该设备正常工作的。
Ø 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。
中华人民共和国标准电能质量公用电网谐波 GB/T 14549—93Quality of electric energy supplyHarmonics in public supply network1、主题内容与适用范围本标准规定了公用电网谐波的允许值及其测试方法。
本标准适用于交流额定频率为50H Z，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110kV执行。
本标准不适用于暂态现象和短时间谐波。
2、引用标准GB 156 额定电压3、术语公共连接点 point of common coupling用户接入公用电网的连接处谐波测量点 harmonic measurement points对电网和用户的谐波进行测量之处。
基波（分量） fundamental (component)对周期性交流量进行傅立叶级数分解，得到的频率与工频相同的分量。
谐波（分量） harmonic (component)对周期性交流量进行傅立叶级数分解，得到频率为基波频率大于1整数倍的分量。
谐波次数（h） harmonic order(h)谐波频率与基波频率的整数比。
谐波含量（电压或电流） harmonic content (for voltage or current)从周期性交流量中减去基波分量后所得的量。
谐波含有率 harmonic retio (HR)周期性交流量中含有第h次谐波分量的方均根值与基波分量的方均根值之比（用百分数表示）第h次谐波电压含有率以HRU h表示，第h次谐波电流含有率以HRI h表示。
总谐波畸变率 total harmonic distortion (THD)周期性交流量中谐波含量的方均根值与其基波分量的方均根值之比（用百分数表示）电压总谐波畸变率以THD u表示，电流总谐波畸变率以THD i表示。
谐波源 harmonic source向公用电网注入谐波电流或在公用电网中产生谐波电压的电气设备。
短时间谐波 short duration harmonics国家技术监督局1993-07-31批准 1994-03-01实GB/T 14549—93冲击持续的时间不超过2s，且两次冲击之间的间隔时间不小于30s的电流所含有的谐波及其引起的谐波电压。
注：谐波术语的数字表达式见附录A（补充件）4、谐波电压限值公用电网谐波电压（相电压）限值见表1。
表15、谐波电流允许值公共连接点的全部用户向该点注入的谐波电流分量（方均根值）不应超过表2中规定的允许值。
当公共连接点处的最小短路容量不同于基准短路容量时，表2中的谐波电流允许值的换算见附录B（补充件）。
注：220kV基准短路容量取2000MVA。
同一公共连接点的每个用户向电网注入的谐波电流允许值按此用户在该点的协议容量与其公共连接点的供电设备容量之比进行分配，分配的计算方法见附录C。
6、测量测量谐波的方法，数据处理及测量仪器的规定见附录D（补充件）。
GB/T 14549—93附 录 A谐波术语的数学表达式（补充件）A1 第h 次谐波电压含有率HRU h(%)1001⨯=U h U h HRU …………………………………….……...………(A1)式中：U h —第h 次谐波电压（方均根值）；U 1—基波电压（方均根值）A2 第h 次谐波电流含有率HRI h(%)1001⨯=I h I h HRI ………………………….…...………………...……(A2)式中：I h —第h 次谐波电流（方均根值）；I 1—基波电流（方均根值） A3 谐波电压含量U H()∑∞==22h h U H U ……...……………….……………………………..(A3)A4 谐波电流含量I H()∑∞==22h h I H I …………………………….……………....…………(A4)A5 电压总畸变率THD u(%)1001⨯=U HUTHD u ……………………………………….…………..(A5)A6 电流总谐波畸变率THD 1(%)10011⨯=I I THD H………………….….………………...……………(A6)附 录 B谐波电流允许值的换算（补充件）当电网公共连接点的最小短路容量不同于表2基准短路容量时，按下式修正表2中的谐波电流允许值：hp I K S K S hI21=……………………………………………………….(式中：S k1—公共连接点的最小短路容量，MVA ；S k2—基准短路容量，MVA ；I hp —表2中的第h 次谐波电流允许值，A ； I h —短路容量为S k1时的第h 次谐波电流允许值。
GB/T 14549—93附录C谐波的基本计算式 （补充件）C1 第h 次谐波电压含有率HRU h 与第h 次谐波电流分量I h 的关系：(%)103NU h I h Z h HRU ⋅⋅⋅=……………………………….………....(C1)近似的工程估算按(C2)或(C3)式计算：(%)103kS h I h N U h HRU ⋅⋅⋅⋅=………………….……….…..(C2)或 (%)310hN U hHUR k S h I ⋅⋅⋅⋅=………………………………….…….……(C3)式中：U N —电网的标称电压，kV ；S k —公共连接点的三相短路容量，MVA ； I h —第h 次谐波电流，A ； Z h —系统的第h 次谐波阻抗，Ω。
C2 两个谐波源的同次谐波电流在一条线路上的同一相上迭加，当相位角已知时按（C4）式计算：h h I h I h I h I h I θcos 2122221⋅⋅++=………………………...……(C4)式中：I h1 —谐波源1的第h 次谐波电流，A ；I h2 —谐波源2的第h 次谐波电流，A ；θh —谐波源1和谐波源2的第h 次谐波电流之间的相位角。
当相位角不确定时，可按（C5）式进行计算：212221h I h I h K h I h I h I ++=……………….………………(C5)式中K h 系数按表C1选取。
表C1 公式（C5）中系数K h 的值两个以上同次谐波电流迭加时，首先将两个谐波电流迭加，然后再与第三个谐波电流相加，以此类推。
两个及以上谐波源在同一节点同一相上引起的同次谐波电压迭加的计算式与式（C4）或（C5）类同。
C3 在公共连接点处第i 个用户的第h 次谐波电流允许值（I hi ）按（C6）式计算：α1)1(S i S h I hi I =………..……………………………………………式中：I h —按附录B 换算的第h 次谐波电流允许值，A ；S i —第i 个用户的用电协议容量，MVA ； S 1—公共连接点的供电设备容量，MVA ；α—相位迭加系数，按表C2取值。
GB/T 14549—93附 录 D测量谐波的方法、数据处理及测量仪器（补充件）D1 谐波电压（或电流）测量应选择在电网下正常供电时可能出现的最小运行方式，且应在谐波源工作周期中产生的谐波量大的时段内进行（例如：电弧炉钢炉应在熔化期测量）。
当测量点附近安装有电容器组时，应在电容器组的各种运行方式下进行测量。
D2 测量的谐波次数一般为第2到第19次，根据谐波源的特点或测试分析结果，可以适当变动谐波次数测量的范围。
D3 对于负荷变化快的谐波源（例如：炼钢电弧炉、晶闸管变流设备供电的轧机、电力机车等），测量的间隔时间不大于2min ，测量次数应满足数理统计的要求，一般不少于30次。
对于负荷变化慢的谐波源（例如：化工整流器、直流输电换流站等），测量间隔和持续时间不作规定。
D4 谐波测量的数据应取测量时段内各相实测量值的95%概率值中最大的一相值，作为判断谐波是否超过允许值的依据。
但对负荷变化慢的谐波源，可选五个接近的实测值，取其算术平均值。
注：为了实用方便，实测值的95%概率值可按下述方法近似选取，将实测值按由大到小次序排列，舍弃前面5%的大值，取剩余实测值中的最大值。
D5 谐波的测量仪器仪器的功能应满足本标准测量要求。
为了区别暂态现象和谐波，对负荷变化快的谐波，每次测量结果为3s 内所测量的平均值。
推荐采用下式计算：∑==m h hk U m h U 12)(1…………………………………………….…(D1)式中：U hk —3s 内第k 次测得的h 次谐波的方均根值；m —3s 内取均匀间隔的测量次数，m ≥6。
仪器准确度谐波测量仪的允许误差见表D1。
表D1 谐波测量仪的允许误差B 电压U h≥3%U NU h＜3%U N5%U h%U N 电流I h≥10%I NI h＜10%I N5%I h%I N注：①U N为标称电压，U h为谐波电压；I N为额定电流，I h为谐波电流。
②A级仪器频率测量范围为0~2500H Z，用于较精确的测量，仪器的相角测量误差不大于±5或±1•h；B级仪器用于一般测量。
GB/T 14549—93仪器有一定的抗电磁干扰能力，便于现场使用，仪器应保证其电源在标称电压±15%，频率在49Hz~51Hz 范围内电压总谐波畸变率不超过8%条件下能正常工作。
D6 对不符合条规定的仪器，可用于负荷变化慢的谐波源的测量。
如用于负荷变化快的谐波源的测量，测量条件和次数应分别符合D1和D3条的规定。
D7 在测量的频率范围内，仪用互感器、电容式分压器等谐波源传感设备应有良好的频率特性，其引入的幅值误差不应大于5%，相角误差不大于5。
在没有确切的频率响应误差特性时，电流互感器和低压电压互感器用于2500Hz及以下频率的谐波测量；6~110kV电磁式电压互感器可用于1000Hz及以下频率测量；电容式电压互感器不能用于谐波测量。
在谐波电压测量中，对谐波次数或测量精度有较高需要时，应采用电阻分压器（U N＜1kV）或电容式分压器（U N＜1kV）。
附加说明：本标准由全国电压电流等级和频率标准化技术委员会归口。
本标准由能源部电力司负责起草。
能源部电力科学研究院、四川省电力工业局、华中理工大学、湖南省电力工业局、山西省电力试验研究所等参加起草。
本标准主要起草人曲涛、任元、林海雪、杜德立、陈宝喜、李平之、吕润余。
