1、电能质量 电压波动和闪变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（EMC）标准 IEC 61000-3-7 等（见参
2、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 V 10 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 V 10 均为推荐值） ，以和国际标准相对应。5）对于单个用户
3、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“Power
4、 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、P
5、lt 指标，每次评定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
6、值作了规定，对于低压，主要是控制单台设备的限值，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
7、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：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
8、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 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
9、。3.5 电压变动 d relative voltage change，d电压变动特性 d（t）上，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，t f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 flick
10、er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：一般测量 Pst 和 Plt。3.11 短时间闪变值 Pst short term severity，P st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） 。P st1 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，P lt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
11、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d,% d,%r,h-1LV、MV HVr,h-1LV、MV HVr1 4 3 10RL dQSisc10%（9）式（7）式（9）中，S i、P i 和 Q i 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： dS310%isc（10）8 闪变的评估不同类型的电压波动，P st 有不同的评估方法，如表 6 所列。表 6 闪
12、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
13、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：Fstim（11）式中：F 为波形系数。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（P st1）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
14、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（P st1）曲线对应数据d，% 3.0 2.9 2.8 2.7 2.6 2.5 2.4 2.3 2.2 2.1 2.0 1.9 1.8r，min -1 0.76 0.84 0.95 1.06 1.20 1.36 1.55 1.78 2.05 2.39 2.79 3.29 3.92d，% 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0 0.95 0.90 0.85 0.80 0.75r，min -1 4.71 5.72 7.04 8.79 11.16 14.44 19.10 26.
15、6 32.0 39.0 48.7 61.8 80.5d，% 0.70 0.65 0.60 0.55 0.50 0.45 0.40 0.35 0.29 0.30 0.35 0.40 0.45r，min -1 110 175 275 380 475 580 690 795 1052 1180 1400 1620 1800对每个波形tFdf233.()max（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
16、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Psttf603（13）lttf123（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、P lt 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，
17、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-脑环节对灯光照度变化的暂态
18、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） ，571iTt，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（i 110）即可作出图 A2b）CPF 曲线。实际仪器分级
19、数应不小于 64 级。由 CPF 曲线获得短时间闪变值：PPPst03140526702813150（A1 ）式中：P 0.1、P 1、P 3、P 10、P 50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：Pnjltstj133()（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
20、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（或计及将来发展） ，所供给的 HV 用户总容量为 S iHV，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、S tHV2、S tHV3。然后求出工频下传递系数 K2-1、K 3-1。
21、“传递系数”K j-i 是结点 j 注入 1p.u.电压时在 i 结点引起的电压。K j-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：SSStHVt12tHV231tHV3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
22、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 Pst0.720.5E，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：PEst Pst05373.结论：该轧钢机引起的闪变符合第二级规定。C2 多台绞车负荷已知三台 5MW 矿井绞车，供电的 PCC 为 35kV、S SC400MVA，分配给绞车的闪变限值 EPst0.5；单
23、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 d2 0.63%；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）d 1 产生 Pst11/2.
24、70.37，由 d2 产生33st0.7.0.4P。根据式（4） ，取 m3，单台绞车闪变为Pst30.37 30.23 30.40，三台绞车合成闪变3st Pst0.4.58E。结论：需要作第三级评定。本例也可以用闪变时间分析：由式（12）求出 tf12.31 32.3（s ） ，tf2 2.30.6330.575（s） ；三台绞车 10min 内t f t f1t f23（2.3100.57510）86.25（ s） ，代入式（13） ，3st Pst86.250.4PE。其结论基本上和直接用 Pst 分析一致。C3 电弧炉负荷交流电弧炉在运行过程中，特别是在熔化期，随机且大幅度波动的无功
25、功率会引起供电母线电压的严重波动，并构成闪变干扰。图 C3 为最简化的电弧炉等值电路单线图。图中 U0 为供电电压；X 0 为电弧炉供电回路的总阻抗（包括供电系统、电炉变压器和短网阻抗） ；R 为回路的总电阻，以可变的电弧电阻 RA 为主；PjQ 为电路复功率。图 C3 最简化的电弧炉等值电路的单线图图 C4 电弧炉运行的功率圆图不难证明，当 R 变化时，电弧炉运行的功率 P、Q 如图 C4 所示，按半圆轨迹移动，其直径ODSUXd02为理想的最大短路（R0）容量。图中 A 为熔化期的额定运行点， N 为相应的回路阻抗角，cos N0.70.85；B 点为电极三相短路运行点，此时RA0， d
26、为短路回路阻抗角，cos d0.10.2。预测计算时可以取最大无功变动量：QCEOAODmax sinsi(sini)dNdN22C1）则有由于 sind1，则QScomaxN2（C2）实际上电弧炉在熔化期电极和炉料（或熔化后钢水）接触可以有开路（R，对应与 O 点）和短路（R A0，R0，对应于 D 点）两种极端状态。当相继出现这两种状态时则得到：QSdmax（C3）由式（C1）式（C3）代入式（9）即得到相应的 d。其中由式（C1） 、式（C2）得到的称为“最大无功功率变动量” ，电弧炉引起 PCC 电压变动，一般可以用此值作为预测值，对照表 1 中限值 （标有“*” ） ；由式（C3）得
27、到的称为“短路压降”d，此值为理论上最大的 dmax。交流电弧炉引起的闪变大小主要和 d（或 dmax）有关，但也和冶炼的工艺、炉料的状况有关，可以粗略地用下式预测： Pst05.（C4）或 Pdst(max)05.ax（C5）直流电弧炉是将三相交流整流为直流，采用单电极冶炼。直流电弧电流比交流要稳定，因此对电网的干扰要明显小于交流电弧炉，其产生的电压波动和闪变约为同容量交流炉的一半。附 录 D（提示的附录）参 考 资 料1 IEC 61000-3-3：1994 Electromagnetic compatibility （EMC ）Part 3:LimitsSection 3:Limitat
28、ion of voltage fluctuations and flicker in low-voltage supply systems for equipment with rated current16 A2 IEC 61000-3-5：1994 Electromagnetic compatibility （EMC ）Part 3:LimitsSection 5:Limitation of voltage fluctuations and flicker in low-Voltage power supply systems for equipment with rated curren
29、t greater than 16A3 IEC 61000-3-7：1996 Electromagnetic compatibility （EMC ）Part 3:LimitsSection 7:Assessment of emission limits for fluctuating loads in MV and HV power systemsBasic EMC publication4 IEC 61000-4-15：1997 Electromagnetic compatibility （EMC）Part 4:Testing and measurement techniquesSection 15:FlickermeterFunctional and design specifications
