如何监测和分析电网中的谐波含量？

监测和分析电网中的谐波含量需遵循 “明确目标→选对设备→科学监测→深度分析→应用落地” 的全流程，核心是通过高精度监测获取谐波数据，结合专业分析定位谐波源、评估风险，并为治理提供依据。以下是具体可落地的方法，覆盖从前期准备到后期应用的全环节：

一、前期准备：明确监测目标与技术标准

监测前需先确定 “测什么、在哪测、按什么标准测”，避免盲目监测导致数据无效。

1. 确定监测核心参数

需覆盖 “整体畸变率 + 单次谐波 + 相位”，全面反映谐波特征：

基础参数：电压总畸变率（THDv）、电流总畸变率（THDi），需符合国标GB/T 14549-1993（公用电网 THDv≤5%、THDi≤10%）；

单次谐波参数：2-50 次谐波的幅值（如 5 次谐波电压幅值 U₅、电流幅值 I₅）、相位（如 5 次谐波电压与基波的相位差 φ₅），重点关注 3、5、7 次谐波（工业负载主要产生这三类）；

辅助参数：基波电压 / 电流有效值、功率因数、频率（50Hz±0.5Hz），用于关联分析谐波对电网的综合影响。

2. 选择关键监测点

按 “谐波产生源→传输路径→受影响负载” 布点，覆盖电网全链条：

 

监测场景	关键监测点	监测目的
发电端（光伏 / 风电 / 火电厂）	逆变器 / 发电机并网点	监测新能源发电设备自身产生的谐波（如光伏逆变器 THDi≤3%）
输电端（变电站 / 线路）	110kV/220kV 变电站母线、输电线路中间段	监测谐波在传输中的衰减 / 叠加，评估对主网的影响
配电端（工业 / 民用台区）	工业用户进线端（如钢铁厂、变频器车间）、居民台区变压器低压侧	定位谐波源（如某工厂变频器）、评估对敏感负载（如居民家电）的影响
敏感负载端（医院 / 半导体厂）	精密设备进线端（如 MRI、光刻机）	监测负载端实际谐波水平，确保符合设备耐受要求（如 THDv≤2%）

 

3. 明确技术标准与精度要求

监测设备精度：

电压 / 电流采样精度：≥0.2 级（A 级装置），谐波测量误差≤±0.5%（如 THDv 实际 5%，测量值应在 4.95%-5.05%）；

采样率：≥12.8kHz（50Hz 电网），确保能捕捉 50 次谐波（频率 2500Hz，采样率需≥2×2500Hz×2.56=12800Hz）；

数据记录周期：

长期监测：1 分钟 / 次（统计 THDv、THDi 的 95% 概率值，符合 GB/T 15543-2008 要求）；

故障排查：10ms / 次（记录暂态谐波波形，如雷击导致的短时高次谐波）。

二、核心环节 1：选择适配的谐波监测设备

设备是监测精度的基础，需根据 “监测场景、精度需求、预算” 选择，主流设备分三类：

1. 在线式谐波监测装置（长期固定监测）

适用场景：变电站母线、工业用户进线端、新能源并网点等需长期监测的场景；

核心功能：

实时采集 2-50 次谐波数据，支持 IEC 61850/Modbus 协议远程传输至主站；

自动生成日报 / 月报（含 THD 趋势、超标事件记录），超标时触发声光告警（如 THDv＞5% 时弹窗提示）；

典型型号：

高精度级：CET PMC-680M（24 位 ADC，THD 测量误差 ±0.2%，支持 50 次谐波）；

工业级：安科瑞 ACR330ELH（0.5 级精度，支持 2-31 次谐波，性价比高）。

2. 便携式谐波分析仪（临时现场排查）

适用场景：用户投诉谐波问题、临时定位谐波源、设备现场校准等场景；

核心功能：

手持便携，支持 10ms-1 小时数据记录，可存储 10 万组以上数据；

现场生成波形图（如电压 / 电流谐波频谱图）、趋势图，直观判断谐波分布；

典型型号：

专业级：Yokogawa WT3000（0.1 级精度，支持 2-50 次谐波，可分析谐波功率流向）；

经济型：泰仪 PROVA 6200（0.5 级精度，支持 2-20 次谐波，适合现场快速检测）。

3. 实验室标准源（设备校准与验证）

适用场景：谐波监测装置的定期校准（确保监测数据准确）；

核心功能：模拟已知谐波含量的电压 / 电流信号（如基波 220V+5 次谐波 4%，THDv=4%），对比监测装置测量值与标准值，验证精度；

典型型号：Fluke 6100A（0.01 级精度，支持 2-100 次谐波，是行业校准基准）。

三、核心环节 2：科学开展谐波监测（按场景落地）

不同场景的监测流程不同，需结合 “长期 / 临时、固定 / 移动” 需求制定操作步骤：

1. 在线式长期监测（以工业用户进线端为例）

设备安装：

电压信号：从进线柜电压互感器（PT）二次侧取信号（如 100V），接入监测装置电压端子；

电流信号：将电流互感器（CT）二次侧（如 5A）穿入监测装置电流钳，确保极性正确（避免相位偏差）；

通信配置：通过以太网将装置接入用户电力监控系统，设置数据上传周期（如 1 分钟 / 次）。

数据采集与存储：

装置自动采集 THDv、THDi、各次谐波幅值 / 相位，本地存储≥30 天数据（加密 SD 卡），同时上传至云端平台（如安科瑞 Acrel-2000）。

超标告警设置：

在监控平台设置阈值（如 THDv＞5%、5 次谐波电流＞10A），超标时触发短信 / 邮件告警，通知运维人员。

2. 便携式临时排查（以定位谐波源为例）

布点方案：

在疑似谐波源（如某变频器车间）的 “进线端、出线端、相邻负载端” 分别布点，用便携式分析仪采集数据（记录 10 分钟）。

数据对比分析：

若 “变频器出线端 THDi=15%，进线端 THDi=8%”，说明变频器是主要谐波源（产生 7% 的额外谐波）；

若 “相邻负载端 THDi=12%”，说明谐波已扩散至周边负载，需优先治理。

波形记录：

采集变频器运行 / 停机时的谐波波形，对比发现：停机时 THDi 从 15% 降至 3%，进一步确认变频器为谐波源。

3. 实验室校准（确保监测装置精度）

标准源设置：用 Fluke 6100A 输出 “基波 220V+5 次谐波 4.4V（THDv=2%）” 的标准信号；

装置测量：将在线监测装置接入标准源，读取装置显示的 THDv 值；

误差计算：若装置测量值为 2.01%，误差 =（2.01%-2%）/2%×100%=0.5%，符合 A 级装置误差要求（≤±0.5%）；若误差超标，需调整装置校准系数（如电压增益）。

四、核心环节 3：深度分析谐波数据（从 “有数据” 到 “有用数据”）

监测数据需通过 “基础计算→趋势分析→源定位→合规评估” 四步分析，转化为治理决策依据：

1. 基础参数计算：量化谐波水平

总畸变率计算：THDv=√(U₂²+U₃²+…+U₅₀²)/U₁×100%，THDi 同理（U₁为基波电压，U₂-U₅₀为 2-50 次谐波电压）；

单次谐波占比：某次数谐波占基波的比例（如 5 次谐波占比 = U₅/U₁×100%），判断哪类谐波是主要贡献者（如工业场景 5 次谐波占比通常最高）。

2. 趋势分析：判断谐波变化规律

时间趋势：分析 1 天 / 1 个月的 THDv/THDi 变化（如某工厂 8:00-20:00 THDi=12%，20:00-8:00 THDi=3%），说明谐波与生产负载（如变频器）运行时间强相关；

负荷关联：对比谐波数据与负载电流（如负载电流从 100A 升至 200A，THDi 从 8% 升至 15%），判断谐波随负载增大而升高，需在高负载时段重点治理。

3. 谐波源定位：找到 “谐波产生者”

功率流向法：通过监测装置分析谐波功率流向 —— 若谐波功率从 “用户端流向电网端”，说明该用户是谐波源（如某工厂谐波功率流向电网，确认其为主要污染源）；

暂态对比法：断开疑似谐波源设备（如变频器），观察 THD 变化 —— 若断开后 THDi 从 15% 降至 3%，直接确认该设备为谐波源。

4. 合规性评估：判断是否需治理

对照国标：若公用电网 THDv=6%（超 GB/T 14549-1993 的 5% 限值）、工业用户 THDi=18%（超 10% 限值），需制定治理方案（如加装 APF 有源滤波器）；

设备耐受评估：若敏感负载（如光刻机）端 THDv=3%（超设备要求的 2%），需在负载前端加装无源滤波器，降低谐波至耐受范围。

五、关键注意事项：避免监测数据失真

确保采样同步：多监测点同时采样时，需用 GPS / 北斗对时（同步误差≤1μs），避免因时间差导致谐波相位分析错误（如误判谐波源方向）；

抗干扰处理：监测装置信号线（电压 / 电流线）需用屏蔽双绞线，与动力电缆间距≥1m，减少电磁干扰（如变频器产生的 10V/m 射频干扰）导致的数据波动；

定期校准设备：在线监测装置每半年用标准源校准 1 次，便携式分析仪每年校准 1 次，确保测量精度（如避免 ADC 漂移导致 THD 测量误差超 ±1%）。

总结：监测与分析的核心逻辑

电网谐波的监测与分析，本质是 “用精准数据还原谐波分布，用专业分析定位问题根源”，核心目标是：

知现状：明确当前谐波水平是否合规；

找源头：定位主要谐波产生设备 / 用户；

定方案：根据分析结果制定治理措施（如加装滤波器、优化负载运行方式）。

通过以上方法，可实现从 “被动承受谐波” 到 “主动监测 - 分析 - 治理” 的转变，保障电网稳定与设备安全。

审核编辑 黄宇