1、电能质量 电压波动和闪变 之欧阳史创编电能质量电压波动和闪变时间：2021.02.10创作：欧阳史Power qualityVoltage fluctuation and flickerGB123262000代替GB123261990前言本标准是电能质量系列标准之一，目前已制定颁布的电能质量系列国家标准有：供电电压允许偏差（GB 123251990）；电压允许波动和闪变（GB 123261990）；公用电网谐波（GB/T 145491993）；三相电压允许不平衡度（GB/T 155431995）和电力系统频率允许偏差（GB/T 159451995）。本标准参考了国际电工委员会（IEC）电磁兼容
2、（EMC）标准IEC 61000-3-7等（见参考资料），对国标GB 123261990进行了全面的修订。和GB 123261990相比，这次修订的主要内容有： 1）将系统电压按高压（HV）、中压（MV）和低压（LV）划分，分别规定了相关的限值，以及对用户指标的分配原则。 2）将国标中闪变指标由引用日本V10改为IEC的短时间闪变Pst和长时间闪变Plt指标，以和国际标准接轨，并符合中国国情。 3）将电压波（变）动限值和变动频度相关联，使标准对此指标的规定更切合实际波动负荷对电网的干扰影响。 4）将原标准中以电压波（变）动为主，改为以闪变值为主（原标准中V10均为推荐值），以和国际标准相对应。
3、 5）对于单个用户闪变允许指标按其协议容量占总供电容量的比例分配，并根据产生干扰量及系统情况分三级处理（原标准中无此内容），既使指标分配较合理，又便于实际执行。 6）引入了闪变叠加、传递等计算公式，高压系统中供电容量的确定方法以及电压变动的计算和闪变的评估等内容，并给出一些典型的实例分析。 7）对IEC 61000-4-15规定的闪变测量仪作了介绍，并作为标准的附录A，以利于测量仪器的统一。 8）整个标准按国标GB/T1.1和GB/T1.2有关规定作编写。原标准名称的引导要素“电能质量”英译为“Power quality of electric energy supply”改为国际上通用的“P
4、ower quality”，并将本标准名称改为电能质量电压波动和闪变。作为电磁兼容（EMC）标准，IEC 61000-3-7等涉及的内容相对较多，论述上不够简洁。在国标修订中选取相关内容，基本上删去对概念和原理的解释部分，因为国内将陆续发布等同于IEC 61000的EMC系列标准，可作为执行电能质量国家标准参考。对于国标中所需要的一些定义、符号和缩略语，以及相关闪变测量仪规范和闪变（Pst）的表达式等，主要参考了IEC 61000-3-3、IEC 61000-4-15。须指出，在采用IEC 61000相关内容中，本标准对于下列几点作了修改： 1）按IEC标准，对闪变Pst、Plt指标，每次评定
5、测量时间至少为一个星期，取99%概率大值衡量。这样规定，在电网中实际上难以执行。本标准中对闪变Pst指标规定取1天（24h）测量，而且取95%概率大值衡量；对Plt指标，原则上规定不得超标。 2）对于电压变动，除了按变动频度r范围给出限值外，还补充了随机性不规则的电压变动的限值以及测量和取值方法。 3）在IEC标准中，除了电磁兼容值外还引入“规划值”，规划值原则上不大于兼容值，是由电力部门根据负荷和电网结构等特点自行规定的目标值，本标准不采用“兼容值”或“规划值”，一律用“限值”概念。 4）IEC 61000-3-7实际上只对中、高压波动负荷的兼容限值作了规定，对于低压，主要是控制单台设备的限
6、值，已由IEC 61000-3-3和IEC 61000-3-5中作了规定（国内将有等同标准）。在制定本标准时，鉴于中、低压设备兼容值相同（见IEC 61000-3-7），而国产低压电气设备大多未按IEC标准检验其电压波动和闪变指标，故将低压也作了规定，以使标准较为完整。本标准从实施之日起，代替GB 123261990。本标准的附录A、附录B都是标准的附录。本标准的附录C、附录D都是提示的附录。本标准由国家经贸委电力司提出。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。本标准起草单位：国家电力公司电力科学研究院、清华大学、北京供电局、北京钢铁设计研究总院、机械科学研究院。本标准主要起草人：
7、林海雪、孙树勤、赵刚、陈斌发、王敬义、李世林。中华人民共和国国家标准电能质量电压波动和闪变GB123262000代替GB123261990Power qualityVoltage fluctuation and flicker国家质量技术监督局20000403批准 20001201实施1 范围本标准规定了电压波动和闪变的限值及测试、计算和评估方法。本标准适用于交流50Hz电力系统正常运行方式下，由波动负荷引起的公共连接点电压的快速变动及由此可能引起人对灯闪明显感觉的场合。2 引用标准 GB 1561993 标准电压3 定义本标准采用以下定义。3.1 公共连接点 point of common
8、coupling（PCC）电力系统中一个以上用户的连接处。3.2 波动负荷 fluctuating load生产（或运行）过程中从供电网中取用快速变动功率的负荷。例如：炼钢电弧炉、轧机、电弧焊机等。3.3 电压方均根值曲线U（t） R.M.S.voltage shape，U（t）每半个基波电压周期方均根值（r.m.s.）的时间函数。3.4 电压变动特性d（t） relative voltage change characteristic，d（t）电压方均根值变动的时间函数，以系统标称电压的百分数表示。3.5 电压变动d relative voltage change，d电压变动特性d（t）上，
9、相邻两个极值电压之差。3.6 电压变动频度r rate of occurrence of voltage changes，r单位时间内电压变动的次数（电压由大到小或由小到大各算一次变动）。同一方向的若干次变动，如间隔时间小于30ms，则算一次变动。3.7 闪变时间tf flicker time，tf一个有时间量纲的值，表示电压变动的闪变影响，和波形、幅值以及频度均有关。3.8 电压波动 voltage fluctuation电压方均根值一系列的变动或连续的改变。3.9 闪变 flicker灯光照度不稳定造成的视感。3.10 闪变仪 flickermeter一种测量闪变的专用仪器（见附录A）。注
10、：一般测量Pst和Plt。3.11 短时间闪变值Pst short term severity，Pst衡量短时间（若干分钟）内闪变强弱的一个统计量值（见附录A）。Pst1为闪变引起视感刺激性的通常限值。3.12 长时间闪变值Plt long term severity，Plt由短时间闪变值Pst推算出，反映长时间（若干小时）闪变强弱的量值（见附录A）。3.13 累积概率函数 cumulative probability function（CPF）其横坐标表示被测量值（例如瞬时闪变值），纵坐标表示超过对应横坐标值的时间占整个测量时间的百分数（见图A2）。4 电压变动和闪变的限值4.1 电力系统公
11、共连接点，由波动负荷产生的电压变动限值和变动频度、电压等级有关，见表1。表 1 电压变动限值r,h-1d,%r,h-1d,%LV、MVHVLV、MVHVr14310r1002*1.5*1r1032.5100r10001.251注1 很少的变动频度r(每日少于1次)，电压变动限值d还可以放宽，但不在本标准中规定。2 对于随机性不规则的电压波动，依95%概率大值衡量，表中标有“*”的值为其限值。3 本标准中系统标称电压UN等级按以下划分：低压（LV）UN1kV中压（MV） 1kVUN35kV高压（HV） 35kVUN220kV4.2 电力系统公共连接点，由波动负荷引起的短时间闪变值Pst和长时间闪
12、变值Plt应满足表2所列的限值。4.3 任何一个波动负荷用户在电力系统公共连接点单独引起的电压变动和闪变值一般应满足下列要求。4.3.1电压变动的限值如表1所列。4.3.2闪变限值根据用户负荷大小、其协议用电容量占供电容量的比例以及系统电压，分别按三级作不同的规定和处理。4.3.2.1 第一级规定。满足本级规定，可以不经闪变核算，允许接入电网。 a）对于LV和MV用户，第一级限值见表3。 b）对于HV用户，满足（S/Ssc）max0.1%。表 2 各级电压下的闪变限值系统电压等级LVMVHVPst1.00.9(1.0)0.8Plt0.80.7(0.8)0.6注1 本标准中Pst和Plt每次测量
13、周期分别取为 10min和2h(下同)。2 MV括号中的值仅适用于PCC连接的所有用户为同电压级的用户场合。表3 LV和MV用户第一级限值r,min-1k=(S/Ssc)max,%r100.410r2000.2200RL（9）式（7）式（9）中，Si、Pi和Qi要根据负荷变化性质确定。对于由某一相间单相负荷变化引起的电压变动，计算式为：（10）8 闪变的评估不同类型的电压波动，Pst有不同的评估方法，如表6所列。表 6 闪变的评估方法电压变动类型Pst评估方法各种类型电压波动(在线评估)直接测量 Ut(t)已确定的所有电压波动仿真法，直接测量周期性等间隔电压波动(图2、图3)利用Pst=1曲线
14、电压变动间隔时间大于1s的电压波动(图4、图5、图6)闪变时间分析法、仿真法、直接测量8.1 闪变仪各种类型的电压波动均可以用符合IEC 61000-4-15的闪变仪直接测量来评估，这是闪变量值判定的基准方法。8.2 仿真法当负荷变动特性和PCC的系统阻抗已知时，可以计算负荷引起的电压变动d（t） ，然后由闪变仪的模拟程序求出相应的Pst。本法需要专门的程序，其精度主要取决于负荷特性的数学模型。8.3 用Pst1曲线分析对于周期性等间隔矩形波（或阶跃波）、正弦波和三角波的电压变动，当已知电压变动d和频度r时，可以利用图2（或表7）由r查出对应于Pst1的电压变动dLim，则：（11）式中：F为
15、波形系数。对于短形波（或阶跃波）F1；对于正弦波和三角波查图3。图 2 周期性矩形（或阶跃）电压变动的单位闪变（Pst1）曲线图 3 周期性正弦波和三角波电压波动的波形系数8.4 闪变时间分析法在求Pst（或Plt）时分别选取产生闪变较严重的10min（或2h）时段的d（t）作分析，把各种变动波形利用波形系数等值为阶跃变动波形，求出闪变时间tf（s）来评估Pst（或Plt）。表 7 周期性矩形（或阶跃）电压变动的单位闪变（Pst1）曲线对应数据d，%3.02.92.82.72.62.52.42.32.22.12.01.91.8r，min-10.760.840.951.061.201.361.5
16、51.782.052.392.793.293.92d，%1.71.61.51.41.31.21.11.00.950.900.850.800.75r，min-14.715.727.048.7911.1614.4419.1026.632.039.048.761.880.5d，%0.700.650.600.550.500.450.400.350.290.300.350.400.45r，min-111017527538047558069079510521180140016201800对每个波形（12）式中：F为波形系数。对于阶跃波F1；对于双阶梯波、斜坡波、三角波和矩形波，查图4、图5；对于直接起动的
17、电动机，F1；对于采取缓冲措施的电动机，查图6。图 4 双阶梯波和斜坡波电压变动的波形系数图 5 三角波和矩形波电压变动的波形系数图 6 具有不同前后沿的电动机起动电压波形系数将规定时段（10min，2h）内d（t）的tf总和求出，则（13）（14）闪变时间分析法一般用于电压变动间隔大于1s且电压变动波形为上列几种的组合，所求的Pst、Plt值和直接测量结果相比，误差在10%以内。电压变动间隔小于1s，不推荐用此法。 8.3、8.4中方法仅适用于特定的电压波动场合。一些典型的实例分析见附录C。附录 A（标准的附录）闪变的测量和计算式根据IEC 61000-4-15制造的IEC闪变仪是目前国际上
18、通用的测量闪变的仪器，有模拟式的也有部分或全部是数字式两种结构，其简化原理框图如图A1所示。图 A1 IEC闪变仪模型的简化框图框1为输入级，它除了用来实现把不同等级的电源电压（从电压互感器或输入变压器二次侧取得）降到适用于仪器内部电路电压值的功能外，还产生标准的调制波，用于仪器的自检。框2、3、4综合模拟了灯-眼-脑环节对电压波动的反应。其中框2对电压波动分量进行解调，获得与电压变动成线性关系的电压。框3的带通加权滤波器反映了人对60W、230V钨丝灯在不同频率的电压波动下照度变化的敏感程度，通频带为0.05Hz35Hz。框4包含一个平方器和时间常数为300ms的低通滤波器，用来模拟灯-眼-
19、脑环节对灯光照度变化的暂态非线性响应和图 A2 由S（t）曲线作出的CPF曲线示例记忆效应。框4的输出S（t）反映了人的视觉对电压波动的瞬时闪变感觉水平，如图A2a）所示，可对S（t）作不同的处理来反映电网电压引起的闪变情况。进入框5的S（t）值是用积累概率函数CPF的方法进行分析。在观察期内（10min），对上述信号进行统计。图中为了简明起见，分为10级。以第7级为例，由图A2a），用CPF7代表S值处于7级（或1.21.4p.u.）的时间T7占总观察时间的百分数，相继求出CPFi（i110）即可作出图A2b）CPF曲线。实际仪器分级数应不小于64级。由CPF曲线获得短时间闪变值：（A1）式
20、中：P0.1、P1、P3、P10、P50分别为CPF曲线上等于0.1%、1%、3%、10%和50%时间的S（t）值。图A2 由S（t）曲线作出的CPF曲线示例长时间闪变值Plt由测量时间段内包含的短时间闪变值计算获得：（A2）式中：n长时间闪变值测量时间内所包含的短时间闪变值个数。Pst和Plt由图A1框5输出。附录 B（标准的附录）高压（HV）总供电容量StHV的估算方法当Si用户接于某单台变压器二次侧母线（PCC）上时，StHV即为主变压器的供电容量。对于某些用户（特别是220kV级用户），其PCC可能有多个供电源，StHV可以用下列方法估算：第一种近似估算：在PCC最大需求日（或计及将来
21、发展），所供给的HV用户总容量为SiHV，就取为StHV。但当PCC附近有较大的波动负荷时，则按第二种近似估算。图 B1 第二种近似估算StHV示意第二种近似估算：如图B1所示。设1为所考虑的结点，2、3为其附近有较大波动负荷的结点。先按第一种估算法，求出StHV1、StHV2、StHV3。然后求出工频下传递系数K2-1、K3-1。“传递系数”Kj-i是结点j注入1p.u.电压时在i结点引起的电压。Kj-i计算一般需要计算机程序，但6.2条给出简化的算法，在许多情况下能很快求出近似的结果。由此得：附录 C（提示的附录）一些典型的实例分析C1 轧钢机负荷已知某轧钢机投产后，在供电的PCC上产生周
22、期性电压波动，其波形如图C1所示，该供电点（中压）总的允许短期闪变值GPst0.72，供电总容量30MVA，轧钢厂的协议供电容图 C1 轧机电压变动示例量为3MVA，用电同时系数为0.3，试分析轧钢机接网对闪变的影响。图C1 轧机电压变动示例分析：由图C1，在运行周期20s中有2次电压变动，则电压变动频度r2/20（s-1）6（min-1），由表3和式（7）可知，不满足第一级限值规定。由式（2）求出该用户闪变限值，由图4对于0.5s斜坡电压变动，查得F0.3，由式（12）得tf2.3（0.32）30.5（s）。 10min内，对于变动10660次，代入式（13），得：结论：该轧钢机引起的闪变符
23、合第二级规定。C2 多台绞车负荷已知三台5MW矿井绞车，供电的PCC为35kV、SSC400MVA，分配给绞车的闪变限值EPst0.5；单台绞车典型的无功功率变动周期如图C2所示。三台绞车大体上同时运行，但不完全重叠，试分析闪变的影响。图 C2 单台绞车运行典型的无功波动周期分析：从图C2可以看出，一开始和中间两段为斜坡电压变动，由于T1s，从图4可知，波形系数很小，如将其折算为等值阶跃电压变动，其值也很小，可以忽略。在单台绞车开车后6s处有Q4Mvar，根据式（9），相应d11%；在45s停车时有Q2.5Mvar，相应有d20.63%；对d1 和d2分别按60s周期（即r1次/min）考虑。查图2得d2.7%（对应Pst1），则由式（11）d1产生Pst11/2.70.37，由d2产生。根据式（4），取m3，单台绞车闪变为Pst30.3730.2330.40，三台绞车合成闪变。结论：需要
