电网谐波在线监测系统解决方案

作者：佚名 资源来源：061111 点击数：

652 更新时间：2006-11-11

一．概述

随着现代化的进程，非线性、冲击性和不对称性负荷大量接入电网，供电质量日趋严重。由于对生活质量和工作效率的高要求，现在人们比以往任何时候更加关注电能质量问题。

电能质量包含多个方面，如电网电压偏差、电压谐波、电压波动与闪变、三相电压不平衡度等，但电压谐波是电能质量中最重要的一种。谐波主要是由用户中的非线性用电负荷（如：整流装置、冶炼炉、电气化机车等）引起的，一个用户引起的谐波不仅影响到自身，而且污染电网并影响到该电网中的其它电力用户。

然而，由于电网的广泛性和谐波的普遍性，广大电力用户、电力生产厂和供电公司希望随时随地了解电网谐波情况，因此通过对电网各点谐波的监测，并对谐波进行分析处理，以推进谐波的治理，提高电网的电能质量和加强电网的管理，有着重要意义

二．系统的特点

电网谐波电压在线监测系统的主要特点体现以下几个方面：

全面性：配电网的各级高电压母线处（测量关口）、谐波源接入公用电网的公共连接点（包括用户处）。本系统既可以实现单个变电站的谐波在线监测，也可以实现区域变电站的谐波在线监测。

实用性：长期在线监测、安全、可靠、操作方便，可实现自动化。

经济性：现场安装的仪器功能简单、体积小、价格低，又能在平时作为常规仪器进行显示、谐波越限报警，便于推广和普及。 安全性： 本系统采用无线通信方式，实现远程操控或就地无线通讯的非接触式操控方式，有效地保证了仪器和工作人员的安全。

抗干扰：现场存在强电磁干扰，采用了多种措施提高仪器抗干扰能力。结构上，采用了屏蔽式箱体结构，硬件设计上，加设看门狗电路、复合滤波电路和信号隔离电路；软件设计上采用数字滤波技术、数据校验技术、实时诊断技术等。

技术性：本系统采用的谐波测量仪器工作原理的技术水平要高，便于对实时监测的传输的数字信号在接收终端进行记录、分析、统计、储存和打印；高电压母线的谐波信号采集用国内首创的由西安亿维电力技术发展有限公司研制的《高压谐波监测系统》；本系统终端处理的软件功能强、容量大。 三．电网谐波测量的目的与依据

目的

对发电、供电、用电三方的监督管理，保证公用电网的谐波指标限值在国家标准规定的范围之内，以保障国民经济各行各业的正常生产和产品质量以及人民的生活质量。

依据

1． 测量标准

原电力工业部标准《关于电网谐波管理的暂行规定》； 国家标准 GB/T14549-93 《电能质量 公用电网谐波》；

国家标准 GB17625.7-1998 《低压电气及电子设备发出的谐波电流限值》； 国家标准 GB17626.7-1998 《供电系统及所连设备谐波、间谐波的测量和测量仪器导则》。

2． 测量条件

选择电网正常供电时系统可能出现的最小运行方式，且在谐波源工作周期中谐波量大的时段内。

当测量点附近安装有电力电容器组或谐波滤波器时，有可能会产生某次谐波放大或谐振，应在各种运行组合的方式下进行测量。

3． 监测点

原则上选择谐波源接入公用电网的公共连接点 , 即供用电协议规定的电能计量点，测量该点的谐波电压和谐波源（干扰电能质量的用电设备）注入公用电网的谐波电流。

4． 测试量

谐波电压和谐波电流的谐波次数一般测量第 2-25 次，谐波电压用含有率（ % ）表示，谐波电流用有效值（ A ）表示，总谐波畸变率用 THD （ % ）表示。 5． 测量间隔和持续时间

对于负荷变化快的谐波源（如：电弧炉、轧机、电力机车等），测量间隔时间不大于 2 分，测量次数不小于 30 次。

对于负荷变化慢的谐波源（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。

6． 测量数据的处理及谐波水平值的确定

标准规定：取测量时段内各相持续测量过程中实测值的 95% 概率值，并取三相中最大一相的值，作为测试时段的谐波水平值，并以此作为判断谐波是否超标的依据。 四．谐波测量方法的规定

1． 谐波测量方法

国际电工委员会（ IEC ）标准的规定，把谐波按其波动快慢和性质分为四类： ⑴ 准稳态（慢变化）谐波； ⑵ 波动谐波；

⑶ 快速变化谐波；

⑷ 间谐波及其虚拟部分。

标准中规定的谐波主要指前三类，并对不同波动性质的测量间隔，即测量时段及由测量值确定谐波值的方法提出如下建议： ⑴ 很短间隔： T VS = 3s； ⑵ 短间隔： T SH = 10min； ⑶ 长间隔： T L = 1h； ⑷ 日间隔： T D = 24h； ⑸ 周间隔： T W = 7d。

2． 电网电能质量最低的运行合格率 表 1 电能质量国家标准摘要

标准编号

标准名称

电能质量指标允许限值 各级电网谐波电压限值（ % ）

电压（kV）

电压总谐波 畸变率

5.0 4.0 3.0 2.0

各级谐波电压含有率 奇次 4.0 3.2 2.4 1.6

偶次 2.0 1.6 1.2 0.8

98 最低的运行合格率

0.38

GB/T14549-93

公用电网谐

波

6,10 35,66 110

注入公共连接点的谐波电流允许值见下表

表 2： 注入公共连接点的谐波电流允许值

标准 电压 kV 0.38 6 10 35 66 110

基准短路容量 MVA

10 100 100 250 500 750

谐波次数及谐波电流允许值 A

2 78 43 26 15 16 12

3 62 34 20 12 13 9.6

4 39 21 13 7.7 8.1 6.0

5 62 34 20 12 13 9.6

6 26 14 8.5

7 44 24 15

8 19 11 6.4 3.8 4.1 3.0

9 21 11 6.8 4.1 4.3 3.2

10 16 8.5 5.1 3.1 3.3 2.4

11 28 16 9.3 5.6 5.9 4.3

12 13 7.1 4.3 2.6 2.7 2.0

13 24 13 7.9 4.7 5.0 3.7

5.1 8.8 5.4 9.3 4.0 6.8

标准 电压 kV 0.38 6 10 35 66 110

基准短路容量 MVA

10 100 100 250 500 750

谐波次数及谐波电流允许值 A

14 11 6.1 3.7 2.2 2.3 1.7

15 12 6.8 4.1 2.5 2.6 1.9

16 9.7 5.3 3.2 1.9 2.0 1.9

17 18 5.3 3.2 1.9 2.0 1.5

18 8.6 4.7 2.8 1.7 1.8 1.3

19 16 9.0 5.4 3.2 3.4 2.5

20 7.8 4.3 2.6 1.5 1.6 1.2

21 8.9 4.9 2.9 1.8 1.9 1.4

22 7.1 3.9 2.3 1.4 1.5 1.1

23 14 7.4 4.5 2.7 2.8 2.1

24 6.5 3.6 2.1 1.3 1.4 1.0

25 12 6.8 4.1 2.5 2.6 1.9

表 3：低压和中压配电系统单次谐波电压限值

奇次谐波（非 3 倍数）

奇次谐波（3 倍数）

偶次谐波

谐波次数 5 7 11 13 17 19 23 25 谐波电压（%） 6 5 3.5 3 2 1.5 1.5 1.5 谐波次数 3 9 15 21 谐波电压（%） 5 1.5 0.5 0.5 谐波次数 2 4 6 - 24 谐波电压（%） 2 1 0.5 五．谐波测量仪器的功能和精度 1． 谐波测量仪器

1.1 谐波测量仪器的现状

谐波测试分析仪是测定电网谐波严重程度的专用仪器， 就谐波测试分析仪而言，国内外已有不少生产厂家和产品，如美国 FLUKE 公司的 F40/41 手持式电力谐波分析仪、日本 HIOKI 公司的 3195 和 3166 便携式电力分析仪、英国 VOLTECH 公司的 PM3000/300/100 电力分析仪、瑞典 UNIPOWER 公司的 Unilyzer900F 电力测试分析仪及我国安徽振兴公司的 PS 系列电能质量分析仪等。通过比较分析，不难发现，这些仪器具有如下通用特点： ⑴ 多功能，高性能，高价格；

⑵ 实验室或户内使用，适用于科学研究、短期电力试验、电网巡检或临时监测； ⑶ 独立使用的专用测试仪器，专人管理和使用。

然而，由于电网的广泛性和谐波的普遍性，广大发电、供电、用电部门都希望随时随地了解电网谐波情况，仅靠专门的谐波测试管理机构和科技人员是满足不了要求的，高价格的测试分析仪无法推广和普及。

1.2 监测方式及仪器的选用

重要的 PCC （电流质量控制）采用连续监测方式，并将数据及时送至上一级电能质量监测中心，一般选用将检测仪器长期安装在监测点实现连续在线检测，区域内多个检测点的仪器联网构成谐波监测网；一般的 PCC 采用定时监测方式，并将数据送至上一级电能质量监测中心，一般选用便携式谐波分析仪和定点检测仪器相结合对多点定时巡回检测；对于小的单相 PCC ，根据需要进行检测，即随机监测方式，一般使用袖珍式谐波分析仪就可以满足检测要求。

1.3 系统采用的测量仪器： ⑴ HVHe型高压谐波监测仪 :

HVHe 系列高压谐波监测仪（以下简称高压谐波仪）仪由信号测量系统、信号传输系统和信号处理系统三部分组成。 高压谐波监测仪是一种智能化谐波测量记录仪器，主要实现对高压电网（10、35、110、220、330、500kV）电压和电压谐波的实时监测、谐波越限记录和谐波越限时的录波并进行处理 。 ⑵ 谐波测量表

谐波测量表从功能上可分谐波电压测量表和谐波电流测量表，从性能上可分简易型和高级型。

LVHv 型谐波电压测量表和 LVHa 型谐波电流测量表属简易型，是一种用于 0.38kV、6（10）kV 用户变电所以及滤波装置、配电柜、整流柜等其他需要检测高次谐波电

压和电流的场所，监测及数字显示谐波电压和电流总畸变率，并有接点输出供用户报警或控制保护回路。高级型谐波测量表除具备简易型的功能外，还可以记录和储存信号，如将该信号传输到终端，同样可以进行分析、统计等。

2． 测量精度

谐波测量仪器的精度有 A 、B 级。电网谐波在线监测一般用 B 级就可以，主要用于测量谐波大小，相角精度不作规定。仪器能保证在额定电压 +15 ∽ -15% 范围内，电压总畸变率不超过 8% 条件下正常工作。 谐波测量仪器的最大允许误差

等 级

参 数 电压

A

电流

Uh ≥ 1% Un Uh <1% Un Ih ≥ 3% In Ih <3% In Uh ≥ 3% Un Uh <3% Un

电流

Ih ≥ 3% In Ih <3% In

条 件

5% Un 0.05% Un 5% In 0.05% In 5% Un 0.15% Un 5% In 0.50% In

允许误差

电压

B

六．电网谐波在线监测系统原理

电网谐波在线监测系统包括单个变电站（单个用户）电网谐波在线监测系统，与区域变电站（多用户）电网谐波在线监测系统，并且可以将多个系统进行组合实现远程谐波在线监测。系统拥有方便的扩展性让用户不必为以后增加监测点和系统升级担忧，各种类型的组合搭配使系统更灵活。数据分析、处理系统专为用户量身打造更贴近用户需求。

单个变电站（用户）电网谐波在线监测系统

电网谐波在线监测系统包括单个变电站（单个用户）电网谐波在线监测系统，与区域变电站（多用户）电网谐波在线监测系统，并且可以将多个系统进行组合实现远程谐波在线监测。系统拥有方便的扩展性让用户不必为以后增加监测点和系统升级担忧，各种类型的组合搭配使系统更灵活。数据分析、处理系统专为用户量身打造更贴近用户需求。

区域变电站（多用户）电网谐波在线监测系统