吳命利，楊少兵，翟鐵久

(1.北京交通大學(xué) 電氣工程學(xué)院，北京 100044；2.中國鐵路總公司 工程管理中心，北京 100844)

電氣化鐵路因具有運(yùn)輸能力大、能源利用率高、環(huán)境友好等優(yōu)勢而成為中長距離客貨運(yùn)輸?shù)闹饕绞剑谑澜绺鲊嫉玫搅舜罅繎?yīng)用。近年來，我國電氣化鐵路得到了飛速發(fā)展，尤其是高速鐵路，開通里程、運(yùn)營速度和在建規(guī)模都位居世界前列，隨著“四縱四橫”高速鐵路網(wǎng)的逐步建成，鐵路一票難求的局面得到極大緩解。電氣化鐵路電力機(jī)車和動車組牽引功率大，具有快速移動性，屬于非線性的單相負(fù)荷。因此，電氣化鐵路會產(chǎn)生負(fù)序電流和諧波電流，并通過沿線設(shè)置的牽引變電所注入到高壓電網(wǎng)。負(fù)序電流作用到系統(tǒng)負(fù)序阻抗上會產(chǎn)生負(fù)序電壓，從而引起電網(wǎng)電壓三相不平衡；諧波電流作用到系統(tǒng)諧波阻抗上會引起諧波電壓，從而造成電網(wǎng)電壓波形畸變。另外，快速變化的牽引負(fù)荷還在系統(tǒng)中產(chǎn)生電壓損失，進(jìn)而引起電網(wǎng)電壓波動。電能質(zhì)量問題一直是電氣化鐵道牽引供電領(lǐng)域的研究重點(diǎn)，并受到電力部門越來越多的關(guān)注[1-6]。

為規(guī)范牽引站接入電網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)電氣化鐵路供電管理，國家電網(wǎng)公司2009年組織制定了《電氣化鐵路牽引站接入電網(wǎng)導(dǎo)則(試行)》(國家電網(wǎng)發(fā)展〔2009〕974號文)。近幾年，國家電網(wǎng)公司供電范圍內(nèi)的電氣化鐵路新建項(xiàng)目和擴(kuò)能改造項(xiàng)目，無一例外都遵照這個導(dǎo)則要求對牽引變電所接入電網(wǎng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了電能質(zhì)量評估。通常的做法是，電氣化鐵路項(xiàng)目建設(shè)單位出資委托有資質(zhì)的省級電力勘測設(shè)計(jì)院、電力(科學(xué))研究院或?qū)I(yè)技術(shù)服務(wù)公司，對牽引站接入電網(wǎng)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行電能質(zhì)量評估，具體委托給誰通常是由省電力公司決定，鐵路出資方并沒有話語權(quán)。

近幾年所完成的電氣化鐵路接入電網(wǎng)電能質(zhì)量評估中，出現(xiàn)了一些爭議，也暴露出了一些問題。有些問題是由于鐵路和電力雙方資料年份不對應(yīng)，原始數(shù)據(jù)不詳細(xì)、不準(zhǔn)確造成的；有些問題是由于評估中標(biāo)準(zhǔn)理解不一致、評估方法和評估手段有缺陷所致；也有一些問題則是因?yàn)樵u估過程欠規(guī)范，使得評估結(jié)果不夠客觀，受人為因素影響較嚴(yán)重。

本文首先擬結(jié)合評估標(biāo)準(zhǔn)及其限值取值方法對電鐵接入電能質(zhì)量評估中出現(xiàn)爭議和問題較多的諧波預(yù)評估進(jìn)行探討，目的是幫助參與評估的有關(guān)鐵路和電力工程技術(shù)人員更理性地對待評估結(jié)果和出現(xiàn)的爭議，避免國家投資浪費(fèi)。

其次，由于自2007年國家標(biāo)準(zhǔn)化委員會就啟動了新一輪電能質(zhì)量系列國家標(biāo)準(zhǔn)的修訂工作，其他四項(xiàng)電能質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)，包括《電能質(zhì)量 電力系統(tǒng)頻率偏差》、《電能質(zhì)量 供電電壓偏差》、《電能質(zhì)量 三相電壓不平衡》和《電能質(zhì)量 電壓波動和閃變》，于2008年修訂完畢，但諧波國標(biāo)由于涉及問題復(fù)雜，爭議較多、較大，至今未能完成修訂。本文結(jié)合我國電網(wǎng)情況、電鐵諧波現(xiàn)狀和電鐵電能質(zhì)量評估中出現(xiàn)的問題，對諧波國標(biāo)修訂中的電壓總諧波畸變率限值以及諧波電流提出建議。

1 評估中的諧波標(biāo)準(zhǔn)問題

電鐵接入電網(wǎng)電能質(zhì)量評估，實(shí)際上是“預(yù)評估”，主要依據(jù)是設(shè)計(jì)資料和參考標(biāo)準(zhǔn)。除設(shè)計(jì)資料是否準(zhǔn)確、詳細(xì)外，所采用的標(biāo)準(zhǔn)直接影響評估結(jié)果。

我國對電氣化鐵路諧波問題的關(guān)注由來已久，自20世紀(jì)80年代至今電力部門和鐵路部門關(guān)于電鐵諧波限制標(biāo)準(zhǔn)取值問題就一直存有爭議[3，4]。最初制定諧波國家標(biāo)準(zhǔn)時，雙方在原國家技術(shù)監(jiān)督局協(xié)調(diào)下形成了“關(guān)于發(fā)送《電能質(zhì)量 電力系統(tǒng)高次諧波分量》國家標(biāo)準(zhǔn)起草協(xié)調(diào)會紀(jì)要的函”(技監(jiān)標(biāo)發(fā)〔1992〕052號)。紀(jì)要中明確：“鑒于目前電氣化鐵道的特殊性，公用電網(wǎng)諧波標(biāo)準(zhǔn)暫不適用于電氣化鐵道。對電氣化鐵道接入公用電網(wǎng)的諧波要求，由兩部另行簽訂協(xié)議解決?！币虼?，多年來鐵路部門對1993年頒發(fā)的諧波國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14549—93《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》[7]對電氣化鐵路的適用性一直持有異議。鐵路方的觀點(diǎn)是：向電氣化鐵路供電的110 kV電網(wǎng)公共連接點(diǎn)(PCC)電壓總諧波畸變率限值應(yīng)取3%，并且不應(yīng)再限制牽引變電所向電網(wǎng)注入的單次諧波電流。這與現(xiàn)行諧波國標(biāo)中規(guī)定的110 kV電網(wǎng)電壓總諧波畸變率限值為2%，同時根據(jù)接入點(diǎn)電網(wǎng)條件限定每個用戶注入的各次諧波電流存在明顯差距。根據(jù)紀(jì)要精神，原鐵道部1996年曾組織研究并編制了《兩部電鐵諧波協(xié)議》(建議稿)，但未得到原電力部認(rèn)可。電力方認(rèn)為：公用電網(wǎng)諧波不能搞雙重標(biāo)準(zhǔn)，電氣化鐵路不能搞特殊化，牽引站接入電網(wǎng)也必須要遵守已頒布的諧波國標(biāo)。

2000年國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局頒發(fā)了GB/Z 17625.4—2000《電磁兼容限值中、高壓電力系統(tǒng)中畸變負(fù)荷發(fā)射限值的評估》，等同采用了IEC 61000-3-6[8]。該文件引入了諧波電壓兼容水平、規(guī)劃水平和發(fā)射水平等概念，并規(guī)定了畸變負(fù)荷接入的三級評估方法。鐵路方面認(rèn)為該文件“考慮比較全面，通用性較強(qiáng)，對電鐵牽引畸變負(fù)荷也是適用的”[3]。然而，電力方面對該文件能否作為諧波標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)不同看法[9-12]。

值得說明的是，現(xiàn)行諧波國標(biāo)是推薦性標(biāo)準(zhǔn)而不是強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)?！吨腥A人民共和國標(biāo)準(zhǔn)化法》第十四條中規(guī)定：“推薦性標(biāo)準(zhǔn)，國家鼓勵企業(yè)自愿采用?！蓖扑]性標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的技術(shù)內(nèi)容和要求具有一定的普遍指導(dǎo)作用，但又不宜強(qiáng)制執(zhí)行，國家鼓勵企業(yè)結(jié)合自身實(shí)際情況，自愿靈活選用。

電氣化鐵路諧波限值如何取值，不僅僅是技術(shù)問題，也與經(jīng)濟(jì)密不可分，涉及供用電雙方的實(shí)際利益，如果對電氣化鐵路諧波限制過松，會進(jìn)一步惡化電網(wǎng)電能質(zhì)量，但如果限制過嚴(yán)，則可能會造成國家投資的巨大浪費(fèi)?？紤]到諧波國標(biāo)的修訂工作正在進(jìn)行之中，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)用于電氣化鐵路的一些不合理因素以及所導(dǎo)致不良后果已逐步顯現(xiàn)，我們認(rèn)為國家電網(wǎng)公司推動的以現(xiàn)行諧波國標(biāo)為依據(jù)的電氣化鐵路接入諧波預(yù)評估只宜作為接入方案的對比以及牽引變電所是否需要預(yù)留濾波設(shè)備安裝條件的參考，不應(yīng)據(jù)此強(qiáng)制用戶安裝濾波設(shè)備。

2 評估中的用戶諧波電流限值問題

這幾年完成的電鐵接入電網(wǎng)評估案例中，一個經(jīng)常出現(xiàn)的結(jié)論是：電網(wǎng)公共連接點(diǎn)諧波電壓總畸變率合格(通常不到1%，即限值一半)，但牽引變電所注入電網(wǎng)的諧波電流明顯超標(biāo)，其中3次諧波電流甚至超出允許值數(shù)倍。稍作分析就會發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致這一結(jié)果的原因是現(xiàn)行諧波國標(biāo)存在原理性缺陷，不能很好地適用于電氣化鐵路。

2.1 諧波電流允許值確定方法

現(xiàn)行諧波國標(biāo)中，在計(jì)算單個用戶向PCC注入的諧波電流允許值時，使用了公共連接點(diǎn)的供電設(shè)備容量St這一技術(shù)參數(shù)，即[7]

( 1 )

式中：Ih為注入PCC的對應(yīng)電網(wǎng)實(shí)際短路容量的第h次諧波電流允許值，A；Ihi為第i個用戶的第h次諧波電流允許值，A；Si為第i個用戶的用電協(xié)議容量，MV·A；St為PCC處的供電設(shè)備容量，MV·A；α為相位迭加系數(shù)，按表1取值。

表1 相位迭加系數(shù)

諧波國標(biāo)中確定單個用戶諧波電流允許值的思路是把造成PCC電壓畸變的諧波電流平等分配給各用戶，所謂“平等”是考慮各用戶用電協(xié)議容量大小，按它們占PCC供電設(shè)備容量比重來分配，大用戶多分，小用戶少分。注意這里不僅僅只是非線性用戶，而是包括所有用戶。這其中隱含認(rèn)為全部用戶用電協(xié)議容量之和等于PPC供電設(shè)備容量。由于線性用戶并不產(chǎn)生諧波電流，它們分到了諧波電流指標(biāo)，但并沒有實(shí)際注入，但又不讓非線性用戶多注入。如果把電網(wǎng)諧波承受能力看作是一種資源的話，這種分配方法實(shí)際上沒有充分利用資源，對非線性用戶則顯得限制過嚴(yán)。因此，實(shí)際中往往就會出現(xiàn)：電網(wǎng)PCC電壓畸變并不嚴(yán)重，甚至遠(yuǎn)小于國標(biāo)限值時，非線性用戶向電網(wǎng)注入的諧波電流已經(jīng)顯著超標(biāo)了。而且按這一思路，就會出現(xiàn)隨著電網(wǎng)增容，PCC諧波承受能力實(shí)際增大，但非線性用戶的諧波電流限值會進(jìn)一步減小的不合理結(jié)果，系統(tǒng)容量越大，非線性用戶越無法接入電網(wǎng)。顯然，這種情況下投資治理諧波，某種程度上就是浪費(fèi)。

2.2 公共連接點(diǎn)供電設(shè)備容量取值

從式( 1 )可知，用戶的用電協(xié)議容量Si和PCC供電設(shè)備容量St的取值會直接影響用戶能分配到的諧波電流指標(biāo)。

牽引變電所一般采用固定冷備用方式安裝兩臺主變壓器，正常供電時，有一臺作為備用不上電，只有一臺運(yùn)行，因此只應(yīng)取一臺變壓器容量作為用電協(xié)議容量。這一點(diǎn)理應(yīng)不存在異議，但仍有文獻(xiàn)認(rèn)為應(yīng)計(jì)入備用變壓器容量[10，11]。計(jì)入備用容量，用戶可以多分得向PPC注入諧波電流允許值，但負(fù)荷諧波電流也相應(yīng)增大，對用戶是把“雙刃劍”。

在PPC是高壓變電站的負(fù)荷側(cè)母線時，供電設(shè)備容量St取供電變壓器容量即可，不存在分歧。以圖1為例，某110 kV牽引所由一220 kV地方變電站的110 kV母線供電，此時，該110 kV母線為PCC，而供電設(shè)備容量即為220 kV變電站主變?nèi)萘縎1。

圖1 牽引所接入高一級變電站的低壓側(cè)母線

這里要說明的是，給電氣化鐵道供電的地方變電站通常至少兩臺主變壓器，正常并列運(yùn)行，供電設(shè)備容量按1臺取值還是按2臺取值，取決于確定式( 1 )中PCC諧波電流允許值Ih時所用到的實(shí)際短路容量是如何計(jì)算的。按諧波國標(biāo)規(guī)定應(yīng)取PCC最小短路容量，然而最小短路容量按何種電網(wǎng)條件來計(jì)算，實(shí)際上并無明確規(guī)定。但不管最小短路容量如何計(jì)算，確定供電設(shè)備容量的電網(wǎng)條件應(yīng)與確定最小短路容量的電網(wǎng)條件一致，即，如果該最小短路容量對應(yīng)兩臺并列運(yùn)行，則供電設(shè)備容量取2臺值，如果該最小短路容量對應(yīng)單臺運(yùn)行，則應(yīng)取1臺值。文獻(xiàn)[2]曾針對此問題進(jìn)行過計(jì)算對比，說明不合理的供電設(shè)備容量取值會導(dǎo)致對用戶諧波限值過嚴(yán)。

當(dāng)220 kV牽引所的進(jìn)線接至220 kV地方變電站的220 kV母線時，由于此時不存在明確的所謂“供電設(shè)備”，現(xiàn)行諧波國標(biāo)中并未明確St如何取值。在近幾年的電鐵接入電網(wǎng)諧波預(yù)評估中，出現(xiàn)了不同處理方法。

下面根據(jù)牽引變電所接入的220 kV母線在電網(wǎng)中的不同地位，分為兩種情形來分析。

情形1：如圖2所示，220 kV地方變電站為高壓電網(wǎng)的一個終端變電站。此時PCC為牽引所接入的220 kV母線。一種簡單做法是直接取S2作為供電設(shè)備容量，但是顯然不合理，因?yàn)?20 kV變電站(S2)不是給牽引所(S3)供電的設(shè)備。按照諧波國標(biāo)確定用戶諧波電流允許值的思路，一個似乎“較為合理”的做法是，用所有用戶用電設(shè)備容量總和來代替PPC供電設(shè)備容量，即

St=S2+S3+S4

( 2 )

圖2 牽引變電所接入220 kV終端變電站

由于不同用戶負(fù)荷通常具有不同時性，實(shí)際供電容量通?？倳∮谟脩粲秒娫O(shè)備容量總和，這樣計(jì)算顯然對用戶不利。這在PCC接有較多用戶、供電容量較大情況下，非線性用戶向PCC注入的諧波電流就容易超標(biāo)。

情形2：如圖3所示，220 kV地方變電站是高壓電網(wǎng)的一個中間變電站。此時PCC仍為牽引變電所接入的220 kV母線。一種極端做法是：把作為PCC的220 kV母線所聯(lián)絡(luò)的所有變電站的主變?nèi)萘康目偤妥鳛楣╇娫O(shè)備容量，即[13]

St=S1+S2+S3+S4

( 3 )

圖3 220 kV牽引所接入220 kV環(huán)網(wǎng)變電站

從PPC點(diǎn)功率平衡來看，系統(tǒng)供電功率和各用戶用電功率時刻相等，連接在PPC上的所有線路不可能全部都是用電方，把所聯(lián)絡(luò)的所有變壓器都算作該P(yáng)CC的用戶用電設(shè)備顯然不合理。

按照諧波國標(biāo)確定用戶諧波電流允許值的思路，一個似乎“相對合理”確定St取值的方法是考慮PPC所連接線路的功率實(shí)際流向。仍以圖3為例，分為3種情況：

(1)功率由兩側(cè)220 kV母線流向中間PCC，此時

St=S2+S3

( 4 )

(2)功率由左側(cè)220 kV母線流向PCC，經(jīng)PCC再流向右側(cè)220 kV母線，此時

St=S2+S3+S4

( 5 )

(3)功率由右側(cè)220 kV母線流向PCC，經(jīng)PCC再流向左側(cè)220 kV母線，此時

St=S1+S2+S3

( 6 )

實(shí)際上，在上面的式( 5 )和式( 6 )中，是否要把S4和S1都加進(jìn)來也是值得商榷的。1996年出版的IEC 61000-3-6[8]中提出了一種引入相鄰母線諧波影響系數(shù)的處理方法，試圖解決此問題。2008年的新版標(biāo)準(zhǔn)[14]做了進(jìn)一步完善，增強(qiáng)了可操作性，但計(jì)算量比較大。如何把諧波指標(biāo)分配給各用戶，本質(zhì)上涉及不同諧波源的迭加規(guī)律和諧波概率特性，文獻(xiàn)[15，16]研究了電氣化鐵道牽引負(fù)荷諧波的迭加指數(shù)和同時系數(shù)，指出了標(biāo)準(zhǔn)中按一般三相諧波源確定的數(shù)值并不完全適用于電鐵諧波。

當(dāng)非線性負(fù)荷不是由某變電站負(fù)荷側(cè)母線供電，而是從高壓環(huán)網(wǎng)母線接入時，就不宜再使用“公共連接點(diǎn)”和“供電設(shè)備容量”這兩個概念。在配電網(wǎng)中，往往有一個總降壓變電所，其低壓側(cè)母線通過輻射狀線路供電給多個用電設(shè)備，這兩個概念有明確含義。但是，在高壓母線相連的輸電網(wǎng)中，即使確定了PCC，也無法確定哪是PPC供電設(shè)備。因此在輸電網(wǎng)中必須棄用這兩個概念。所以，采用現(xiàn)行諧波國標(biāo)把220 kV母線的諧波電壓(電流)指標(biāo)分配給220 kV接入的電鐵牽引變電所，很難獲得一個公認(rèn)合理的結(jié)果。這種情況下，必須結(jié)合高壓環(huán)網(wǎng)具體結(jié)構(gòu)和非線性負(fù)荷分布情況，通過比較嚴(yán)格的諧波潮流計(jì)算，確定高壓母線之間的諧波影響和各用戶的發(fā)射限值，需要今后深入探討。當(dāng)然，對于非線性負(fù)荷直接接入110 kV環(huán)網(wǎng)母線的情況也一樣。正如前面所指出的，一個能充分利用電網(wǎng)諧波容納能力，在保證電網(wǎng)電能質(zhì)量的前提下，盡量減少不必要濾波投資的方案是把諧波指標(biāo)在非線性用戶間進(jìn)行分配。

3 評估中的其他問題

在現(xiàn)行諧波國標(biāo)中，判斷諧波是否超標(biāo)采用的是實(shí)測值的95%概率大值。但在預(yù)評估中，通常取牽引負(fù)荷最大諧波電流(對應(yīng)最嚴(yán)重工況)來計(jì)算，所得結(jié)果一般也對應(yīng)畸變最大值。直接用計(jì)算得到的最大值對是否超標(biāo)下結(jié)論顯然過于武斷，特別是對電氣化鐵道這種劇烈波動性負(fù)荷。在一天的負(fù)荷周期內(nèi)，峰值負(fù)荷很大，但是平均負(fù)荷很低。嚴(yán)格的諧波評估應(yīng)該基于動態(tài)仿真。由鐵路建設(shè)部門提報(bào)各牽引變電所負(fù)荷仿真過程曲線，考慮到牽引負(fù)荷諧波含量的隨機(jī)離散型，應(yīng)該對牽引負(fù)荷諧波含量進(jìn)行切合實(shí)際的概率建模，通過蒙特卡洛隨機(jī)仿真方法來確定電網(wǎng)敏感點(diǎn)的畸變水平。對電網(wǎng)也應(yīng)該采用精確的三相諧波模型，充分考慮牽引負(fù)荷諧波的不平衡和三相電網(wǎng)在諧波頻率下的行為復(fù)雜性。

在實(shí)際評估中，鐵路和電力雙方互提資料的內(nèi)容還缺乏細(xì)致規(guī)定，評估手段和評估方法也未達(dá)成共識。接受委托的評估單位在評估過程中與鐵路建設(shè)單位還沒有建立規(guī)范有效的溝通機(jī)制。當(dāng)前的實(shí)際情況是，評估單位往往只對電力方面負(fù)責(zé)。原則上應(yīng)該作為“獨(dú)立第三方”的評估單位的客觀公正性難以得到有效保證。因此，目前諧波預(yù)評估結(jié)果不宜直接作為供電方強(qiáng)制要求用電方采取治理措施的依據(jù)。

4 對諧波國標(biāo)修訂的建議

4.1 各級電網(wǎng)的總諧波電壓畸變率

建議在修訂諧波國家標(biāo)準(zhǔn)中，把電網(wǎng)按標(biāo)稱電壓仍劃分為4個等級來確定電壓總諧波畸變率限值，見表2。表3給出了現(xiàn)行諧波國標(biāo)的限值[7]，以便對比。

表2 電壓總諧波畸變率限值

表3 電壓總諧波畸變率限值

考慮到低壓非線性用電設(shè)備越來越多，不管是工業(yè)用電，還是居民用電，380 V低壓電網(wǎng)的諧波畸變水平逐漸增高，有必要把總諧波畸變率從5%放寬到6%。按我國行業(yè)慣例以及IEC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(比如文獻(xiàn)[14])，一般把標(biāo)稱電壓大于1 kV而小于或等于35 kV的電網(wǎng)都?xì)w為中壓電網(wǎng)。在我國，使用最廣泛的中壓等級是10 kV 和35 kV，它們在電力系統(tǒng)中的地位和作用基本相同，在運(yùn)行管理方式、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備水平等方面也無實(shí)質(zhì)差別。我國不少地區(qū)，僅保留發(fā)展35 kV和10 kV中的一個。因此在確定諧波畸變限值時，不宜把它們劃為不同等級區(qū)別對待。6 kV和20 kV僅用于特定廠礦供電系統(tǒng)和個別地區(qū)，均屬中壓，應(yīng)同10 kV 和35 kV一樣對待。我國東北地區(qū)獨(dú)有的66 kV 電壓等級不應(yīng)與中壓35 kV并列，而應(yīng)與其他地區(qū)的110 kV電壓等級同等對待。

我國電網(wǎng)主架已變?yōu)?00 kV，甚至更高等級的特高壓電網(wǎng)也發(fā)展迅速。110 kV等級逐漸成為高壓配電電壓，在系統(tǒng)骨架中的作用降低。隨著電氣工業(yè)發(fā)展，大容量非線性負(fù)荷通過專用降壓變壓器接入甚至直接接入110 kV電網(wǎng)的情況越來越多，另外，可再生能源發(fā)電和電動汽車充電負(fù)荷不斷增加，電力電子裝置產(chǎn)生的高次諧波在電網(wǎng)諧波源中的占比會越來越大?？梢灶A(yù)計(jì)未來較長一段時間內(nèi)，對包括110 kV在內(nèi)的配電網(wǎng)來說，諧波畸變水平會一直呈現(xiàn)不斷增長趨勢。國外的情況也與國內(nèi)相似，諧波標(biāo)準(zhǔn)的每次修訂都是在放寬限值。如果110 kV電壓畸變限制過嚴(yán)，一方面可能導(dǎo)致不必要的諧波治理投資浪費(fèi)；另一方面如果存在大量諧波超標(biāo)而又無法投資治理，且并未干擾電網(wǎng)運(yùn)行的現(xiàn)象，反而會削弱國家標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)肅性，不利推行。

從已有測試數(shù)據(jù)來看，如110 kV電網(wǎng)電壓總諧波畸變率限值取2%，我國目前將會有接近半數(shù)110 kV 接入的電鐵牽引所超標(biāo)。但實(shí)際上，隨著我國在電網(wǎng)中的繼電保護(hù)裝置、電容補(bǔ)償裝置等諧波敏感設(shè)備逐漸采取一些抗諧波措施，110 kV電網(wǎng)因諧波過高而引發(fā)的電能質(zhì)量事故并不頻繁。

我國2007年啟動諧波國標(biāo)修訂的一個目的是要向國際通用標(biāo)準(zhǔn)靠攏。IEC最新關(guān)于中壓、高壓電網(wǎng)的諧波技術(shù)文件[14]規(guī)定，中壓電網(wǎng)的總諧波畸變率規(guī)劃水平為6.5%，高壓(大于35 kV并且小于或等于230 kV)和超高壓(大于230 kV)電網(wǎng)為3%。表2中建議把66 kV和110 kV放在一個等級，畸變限值取3%，220 kV及以上取2%，是考慮了我國具體國情的，較IEC要嚴(yán)，同時比現(xiàn)行國標(biāo)稍微放寬，既能對電網(wǎng)安全運(yùn)行起到積極作用，又能適應(yīng)今后發(fā)展趨勢。

4.2 諧波電流

從電網(wǎng)傳輸電能角度看，電網(wǎng)具有恒壓性質(zhì)，提供的是穩(wěn)定的電壓。電網(wǎng)中的電流是由用電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及其電氣負(fù)荷特性決定的，不是一個穩(wěn)定的電氣量，隨時間可能大范圍變化。衡量電網(wǎng)供電質(zhì)量的顯性電氣量應(yīng)該是電壓，而不是電流?？梢哉J(rèn)為，如果電網(wǎng)電壓諧波不超標(biāo)，就代表供電質(zhì)量畸變水平合格。換句話說，如果供電電壓畸變達(dá)標(biāo)，諧波未危害任何電網(wǎng)和用電設(shè)備，就不應(yīng)再限制用戶向電網(wǎng)注入的諧波電流。既然系統(tǒng)能夠承受一定程度的畸變，顯然充分利用電網(wǎng)吸納諧波能力就可以節(jié)省一部分治理諧波的額外投資。

我國目前電氣化鐵路還有大量采用傳統(tǒng)直流傳動技術(shù)、靠二極管和晶閘管構(gòu)成單相整流電路的SS系列電力機(jī)車在服役，這些機(jī)車3次諧波電流含量都在20%左右，按現(xiàn)行諧波國標(biāo)，幾乎運(yùn)行傳統(tǒng)機(jī)車的所有110 kV接入牽引變電所諧波電流都會超標(biāo)。對采用220 kV接入的高鐵變電所，盡管由于高速列車采用了PWM整流技術(shù)，諧波電流含量相比較而言大為減小，但由于諧波電流限值分配方法不合理，仍會有大量高鐵變電所諧波電流超標(biāo)。

國內(nèi)外諧波標(biāo)準(zhǔn)確定諧波電流限值的出發(fā)點(diǎn)，都是為了保證電網(wǎng)電壓畸變不超標(biāo)[7，14，17]。從這個角度看，當(dāng)電網(wǎng)電壓總諧波畸變率不超標(biāo)時，就沒有必要立即限制單個用戶的諧波電流。只有當(dāng)畸變嚴(yán)重到PCC電壓諧波超標(biāo)時，才有必要進(jìn)一步尋根問源，看各用戶向PCC注入諧波電流是多少，是哪些用戶造成的電壓畸變。因此，在標(biāo)準(zhǔn)中給出的諧波電流限值，只宜作為電壓超標(biāo)后非線性用戶進(jìn)行諧波治理的參照量，而不應(yīng)該作為判斷是否允許非線性用戶接入電網(wǎng)的限定量。

5 結(jié)論

目前的諧波國標(biāo)在諧波電流限值取值及其向用戶的分配方法上存在明顯不足，適用于配電網(wǎng)的公共連接點(diǎn)概念，無法用于輸電系統(tǒng)。當(dāng)非線性用戶直接接入高壓環(huán)網(wǎng)母線時，按諧波國標(biāo)無法合理確定供電設(shè)備容量取值。

我國鐵路和電力雙方在電鐵諧波限值及評估方法上尚未達(dá)成一致，諧波國標(biāo)也正在修訂之中，目前進(jìn)行的電鐵牽引站接入電網(wǎng)諧波預(yù)評估，還沒有引入真正的第三方評估機(jī)制，如果把預(yù)評估結(jié)果直接用作強(qiáng)制用戶采取諧波治理措施的依據(jù)，可能會造成國家投資的浪費(fèi)，目前只宜作為工程參考。比較穩(wěn)妥的做法是，在電源薄弱的牽引站預(yù)留增設(shè)濾波裝置條件，待投運(yùn)后，依據(jù)實(shí)測結(jié)果決定是否需要投資治理。

諧波國標(biāo)的修訂既要針對我國電網(wǎng)實(shí)際條件，又要考慮今后的變化趨勢，同時還要結(jié)合國際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展情況。建議低壓380V電網(wǎng)的電壓總諧波畸變率放寬到6%，中壓(6 kV、10 kV、20 kV、35 kV)電網(wǎng)的電壓總諧波畸變率統(tǒng)一取為4%，而高壓(66 kV、110 kV)電網(wǎng)統(tǒng)一取為3%。在電網(wǎng)電壓畸變不超標(biāo)的情況下，考慮節(jié)省投資和充分利用電網(wǎng)諧波承受能力，可以先不必限制單個用戶的諧波電流。只有當(dāng)電壓諧波超標(biāo)時，才有必要讓用戶以諧波電流限值為目標(biāo)進(jìn)行治理。

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