【解读】GB/T 19862《电能质量监测设备通用要求》实施分析研究

电力是现代工农业和现代社会生活使用的最重要的能源之一。作为一种商品，它不停地流动，不能方便地储存，也不能在使用前进行质量检测。但它又与其他的商品不同：它的用户往往远离发电厂，多个发电机发出的电能同时送入电网，然后通过多个变压器和架空线或埋地电缆送到用户。供电方无法将不合乎标准的电能从供电网上收回，用户也没有办法拒收这样的电能，所以保证用电点的供电质量并不是一件容易的事情。电力供应商提供的电能质量往往和用户所期望的有很大的差别。同时，一些用户负荷的变化也会在电力网中引起电能质量恶化，如大量的电子设备、冶金企业的发展和电气化铁路的开通，会产生大量的谐波电流，这对电力系统和电源质量均造成严重污染，影响公用电网的电能质量，也影响了用户自己和邻近用户的电能质量。随着科技的发展，一些敏感用户对电能质量提出了更高的要求。

对于电能而言，就目前的需求或期望来说，它的质量应包括：需要的供电电压等级及其允许偏差、需要的供电频率等级及其允许偏差、良好的电压波形以及不间断连续供电等。然而，在公用电网的公共点上保证电能质量不是一件容易的事情。供电方特性、用电方负荷特性、外部环境、电力系统中的设备设计、制造、安装等方面都会影响电能质量。

传统电能质量的基本内容包括电压偏差、频率偏差和三相不平衡以及功率因素。但随着科学技术的发展，电网结构和负荷构成发生了巨大的变化，电能质量的含义也在不断丰富。现代电能质量的广泛定义包括：供电可靠性（供电连续性）、电能质量指标（稳态、动态电压质量、频率质量、电流质量、波形质量等多种信息）和提供的有用信息（收集电能质量状态量，并使其成为可交换的有用信息）。现代化的技术发展对电能质量的要求会更高，而电能质量指标的偏离会给相关各方带来不同程度的危害。因此，电能质量问题已不仅仅是技术问题，它已经成为一项系统工程，它涉及干扰源、感受源、设备与装置、接地系统、电磁环境、电气环境、监督与管理、标准与法规等诸多方面技术与非技术的因素，是大范围多领域的综合系统问题。保证电能质量就是保证发电、输变电和用户等相关各方的共同利益。

电能质量标准化工作就是通过对电能质量技术的反复实践和总结，经过有关各方的协商一致制定成统一的标准，由主管部门发布和监督实施。全国电压电流等级和频率标准化技术委员会（以下简称SAC/TC1）负责归口电能质量标准化工作。截至2016年9月底，SAC/TC1已完成了如GB/T 12325-2008《电能质量 供电电压偏差》等国家标准共计22项、NB/T 41004-2014《电能质量现象分类》等能源行业标准3项。正在制定“电能质量治理设备检测规程通用要求”等国家标准4项，“定制电力技术规范”等能源行业标准3项。

SAC/TC1随时注意收集标准实施过程中的意见反馈，在进行标准宣贯时注意与标准使用者的互动与交流，标准宣贯教材（本标委会于2009年编写了《电能质量国家标准应用指南》）中注意收集标准实施过程中的问题。本报告主要以GB/T 19862-2005《电能质量监测设备通用要求》为例进行标准的实施分析研究。该标准是2003年由国家标准化管理委员会下达的国家标准制定计划，2004年底报批，2005年被批准发布，2006年4月1日正式实施。

电能质量产业从上个世纪90年代发展起来， 电能质量标准化已成为国内外相关行业关注的热点，而电能质量监测设备标准化是电能质量标准化的重要部分。“电能”这一特殊商品是否满足其质量要求，必须由电能质量监测设备按规定程序和要求进行监测，并提供必要的数据加以评定。2003年前后，我国有关电能质量监测设备生产已形成产业化，但国内相应设备生产厂家（包括国外公司）的生产销售依据是各自的企业标准，不同厂家设备所具有的功能、实现的技术路线及技术方法、数据的存储格式、监测数据的评估周期等各有差异，该类设备缺少一个统一的误差测试标准。且国际上也无统一的标准。这一问题严重阻碍了该类产品的产业化发展，也使得广大用户无所适从，因此，迫切需要制定一个统一的标准来规范国内相应的电能质量监测设备的生产和销售；规范相应设备的进口。标准的制定发布，对我国相应设备的生产和销售及进口商检具有重要意义。鉴于此，全国电压电流等级和频率标准化技术委员会（SAC/TC1）于2002年底提出了制定电能质量监测设备通用要求的立项计划申请，得到了国家标准化技术委员会的批准， 并于2003年下达了国家标准制定任务（计划编号为20030634-T-469）。

GB/T19862-2005《电能质量监测设备通用要求》是我国电能质量领域第一个设备类国家标准，标志着我国电能质量产业化开始走向规范化发展的道路。标准主要规定了电能质量监测设备的通用要求，适用于户内使用的、对交流电力系统及其设备进行电能质量测量的设备，包括固定式监测设备和便携式监测设备。广义的电能质量监测系统的全部功能框图和组成如图1所示。分析可知，对于某一电能质量现象，要从其监测数据获取其实际物理现象的正确评价结论，不仅决定于单纯意义上的监测设备，也应该关心规范所采用传感器的性能、所应用的评估方法等。

图 1 电能质量监测设备的构成示意图

标准的内容仅涉及图1的中间环节，即监测设备部分。但是，对设备的分类、构成是在图1的基础上进行的。

标准中将监测设备的分类分为按信号的接入方式分（直接接入式和间接接入式）、按使用方式分（便携式和固定式）等。标准规定了监测设备的功能标准涉及的主要电能质量指标有：电压偏差、频率偏差、三相不平衡度、谐波、闪变、电压波动、电压暂降、电压暂升、电压短时中断。由于各种原因，标准中没有涉及间谐波、电压波动、电压暂升、电压暂降和电压短时中断这些电能质量指标的监测。

标准的重要部分是第5章技术要求、第6章试验方法。第5章技术要求中对监测设备的监测功能、显示功能、通讯接口、管理权限功能、设置功能、统计功能、记录存储功能、准确度要求、电气性能要求、正常使用条件、外壳和机械性能要求、安全要求、电磁兼容性要求都做了详细规定。第6章试验方法中对试验中气候环境条件、电源条件和基本功能检验和准确度测试方法、电气性能试验、气候防护试验、外壳及机械性能试验、安全性能试验、电磁兼容性试验等做了详细规定。

3.1 标准实施概况

国家标准GB/T 19862-2005《电能质量监测设备通用要求》于2006年正式实施，是国内指导电能质量监测装置研制、生产、检测的唯一国家级标准。标准用户包括各电网公司的检测机构、设备生产商等。在电能质量监测装置生产、装备入网检测、到货抽检、招标采购、现场校验中均有广泛的应用。

标委会对国网中国电科院、国网山西电科院、国网江苏电科院、河南电科院、南方电网广州供电局有限公司、南方电网云南电力科学研究院以及一些设备生产厂商进行了调研，该标准为各级电力科学研究院开展电能质量分析仪以及电能质量在线监测终端进行性能测试提供了详细的技术依据，也是设备制造商的重要技术指导文件。自标准发布实施以来，标委会所调查的各电科院检测中心（注：有些电力科学研究院没有检测中心，但单位经过了CNAS 认证，具有检测资格）检测的电能质量检测设备累计大约在200～500台套不等（我们了解到的情况是山西电科院和江苏电科院各检测设备数不到300台；河南电科院检测设备共有约500台；云南电科院检测设备大约有400多台）。有些检测单位在申请中国合格评定国家认可委员会（CNAS）实验室认证时，将该标准纳入标准方法，申请电能质量分析仪精度检测项目，且已获得授权。一般电科院应用该标准主要开展两类检测，例如，山西电科院主要的两类检测是：第一类检测是型式试验，检测内容包括在线式电能质量监测设备的外观、基本功能、测试准确度和绝缘电阻等，主要应用该标准的5.1基本功能要求、5.2准确度要求、5.5.1外观、6试验方法等章节；第二类检测是精度检测，检测内容包括便携式和在线式电能质量监测设备的电压偏差、频率偏差、三相电压不平衡度、三相电流不平衡度、闪变、谐波和电压波动等测试指标，主要应用该标准的5.2准确度要求和6.3准确度测试方法章节。而云南电科院参照此标准制定了云南电网的电能质量监测设备入网检测标准，主要是针对电能质量监测设备的精度检测，对应标准中的5.1、5.2、5.6、6.3部分。精度检测内容包括电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电压偏差、频率偏差、三相电压不平衡度、三相电流不平衡度、电压短时闪变、电压长时闪变、2-50次谐波电压、2-50次谐波电流、谐波功率等，比标准中表1所列的基本功能略多一些。电压波动和电压暂降未在检测范围内。

3.2 标准的局限性及使用中的情况反馈

标准在使用中接到有关使用者的电话，如2007年5月接到许继实验站电话，反映该标准规定的电流回路波峰系数不小于3在实验室无法合成。经过分析作者提供合成该波峰系数的一个信号函数如下，并在实验室完成了试验。

随着电网电能质量专业和电能质量在线监测系统的快速发展，该标准在应用方面也越来越显滞后。综合起来，主要有以下几点。

（1）该标准不适用于数字式电能质量监测设备

近年来出现的数字化变电站的电能质量监测设备通常是采用数字式的电能质量监测设备，针对这一情况新国标中应该规定如何检测数字式电能质量检测设备。

（2）随着电力电子仪器的发展，测试精度和准确度不断提高。根据标准GB/T17626.30-2012《电磁兼容 试验和测量技术 电能质量测量方法》，将待测电能质量参数定义为三类（A类，S类和B类），每一类都包括测量方法和相应的性能要求，以对应不同的精度需要。GB/T 19862-2005标准中的相关性能要求与现行的GB/T 17626.30-2012相关要求不符。

（3）该标准缺少关于通信协议的要求

因为GB/T19862-2005中缺乏通信协议的要求， 不同厂家生产的电能质量监测装置在2011年之前一直是采用私有通信协议。在各省开始建设电能质量在线监测系统之后，没有统一的通信协议导致不同厂家监测装置接入同一个系统出现很大的困难，是很多省级电能质量监测系统实施过程中的主要问题。2011年之后，国内研制出基于IEC61850的电能质量监测装置，多个省级电网公司如浙江、辽宁等都制定并颁布实施了基于IEC61850的电能质量监测装置通信协议的企业标准，国家电网公司也在2011年颁布实施的Q/GDW650（在2014年修订为Q/GDW1650系列）中规定电能质量监测装置采用IEC61850通信协议。实际上，在通信协议的规定上，企业标准走在国家标准的前面。

对设备制造厂家来讲，如果电能质量监测装置不能接入主站系统，将不利于监测装置的销售；如果要私有通信协议的监测装置接入主站系统，又将增加主站系统的建设和维护成本。由于国标中没有对电能质量监测装置的通信协议做出权威性的规定，设备制造厂家对于如何去选择通信协议缺少主见。

（4）对电能质量监测设备的试验方法的要求不够全面、细致

随着国内对电能质量监测技术的研究水平的提升，以IEC61000-4-30作为电能质量监测装置的测量方法逐步成为共识。从设备制造厂家来看，电能质量监测装置采用IEC61000-4-30的测量方法是存在技术难度的，对于电能质量监测装置如何进行测量方法的检测？这是一个非常重要的课题，但是GB/T19862-2005中没有规定。

另外，IEC61000-4-30要求在准确度测试过程中要进行影响量测试，影响量测试也对电能质量监测装置提出很高的技术要求，但是GB/T 19862-2005中没有规定。

（5）监测设备的电能质量指标不全面

该标准未统一监测设备在谐波、间谐波、电压波动、电压暂将和暂升等指标测量的详细计算方法，导致各厂家做设备研发时，测量各指标的计算方法有所不同；随着国家标准GB/T 24337-2009《电能质量 公用电网间谐波》和GB/T 30137-2013《电压暂降与短时中断评价方法》等的实施，这两个标准结合电能质量管理需要分别提出了间谐波、电压暂降、电压中断等电能质量指标要求，电网公司在实际工作中有对这些指标进行监测和管理的需要，但因为GB/T19862-2005中不包含对这些指标的要求，导致电能质量监测装置在做型式试验时无据可依、无法检测，因此这些指标一直只能作为电能质量监测装置的可选功能。另标准中没有对电能质量监测装置电压暂降和电压暂升的记录精度和记录长度要求，实际应用中电压暂降和暂升事件的记录很重要，建议增加关于特征幅值和持续时间的精度要求，以及记录波形长度、记录格式的要求。

（6）正常使用条件并未对固定式监测设备和便携式监测设备分别制定运行条件，不符合实际情况

现在监测设备通常有固定式和便携式两种，两种设备运行环境差异较大，标准中未对两种装置分别进行规定，存在不合理性。

GB/T 19862-2005已经颁布实施多年，该标准的颁布实施，极大地规范了我国电能质量监测产业的健康发展。但是，随着时间的推移，近年来，国内、国际电能质量领域出现了新的变化和发展，特别是随着智能电网建设、新能源发电运行、大规模电力电子装置的应用，电能质量现象的特点、用户对电能质量监测的要求等出现了新的形式，GB/T 19862-2005的相关内容已经难以适应当前电能质量监测产业的需求。

在此背景下，为了进一步引导、规范电能质量监测产业的健康发展，适应新形势下电能质量产业的新需求，需要着手对GB/T 19862-2005进行修订并加以完善。

为此，全国电压电流等级和频率标准化技术委员会SAC/TC1在2012年提出了修订该标准的申请，得到了国家标准化管理委员会的批准，TC1组成了由设备制造商、检测机构（各电科院）、系统集成商、计量院以及电能质量标准化专家构成的工作组对该标准启动修订工作，提出了修订建议。

新修订应增加和下述几个文件相关内容。

（1）根据GB/T 17626.30（IEC61000-4-30），增加标准对应部分内容。

（2）增加两个资料性附录，涉及IEC61850及PQDIF数据格式。

新修订的标准在GB/T 19862-2005的基础上，应着重进行下述内容修订。

（1）将GB/T 19862-2005第4章标题“分类及构成”修订为“分类及测量环节”。增加“按待测指标测量方法分类”一节，引入A级、S级、B级的概念；在“测量环节”一节中，以图示方式给出电能质量监测所包含的各个环节。

（2）在“5.1基本功能”一节，增加监测设备“通讯协议”的要求，引入DL/T 860协议及PQDIF数据格式，原则要求以附录A、附录B给出；同时增加“与电子式互感器接口”要求一节。

（3）增加“5.2 测量方法及数据储存”一节，其中测量方法主要依据GB/T 17626.30进行给出。

（4）关于“5.3准确度要求”一节，主要变化在于依据GB/T 17626.30，引入“信号影响量”概念，并按A级、S级给出最大允许误差要求；同时依据GB/T 30137-2013给出暂态电能质量指标的测量误差要求；该节内容修改了2005版表2三相电压不平衡度及三相电流不平衡度计算公式的错误。

（5）关于“5. 5气候环境条件”一节，建议引入“极限温度环境”的概念；本节内容将在线式、便携式两类设备的要求分别给出，包括储存运输、户内户外运行气候环境要求。

（6）标准引入平均故障间隔时间的概念，要求生产厂家应提供该技术指标。

（7）在第6章试验部分，主要变化在于根据GB/T 17626.30要求进行最大误差试验；同时，增加了暂态电能质量误差的测量方法。

（8）标准第8章中建议删除GB/T 19862-2005中包装、运输和储存相关内容，增加了“产品编码”内容，主要目的在于便于使用者根据编码直观辨识设备的功能及性能。

（9）标准相关章节内容涵盖了对便携式电能质量监测设备的要求。

SAC/TC1组织专家针对电能质量技术的发展和标准的局限性研究，适时提出修订该标准。修订过后的标准也已于2016年被批准发布，即GB/T 19862-2016电能质量监测设备通用要求。

标准来源于实践，服务于实践。多年来，电能质量限值的研究在我国电能质量领域一直占据着重要位置，围绕限值方面的争论一直就没有停止过。但是，指标应如何去监测、监测设备应如何去规范、如何对指标限值进行合理控制、控制设备应具有什么样的性能等，都是在限值标准之后应及时进行研究、分析、规范的问题。只有这样，才能够使所制定的限值标准落到实处。

同任何技术一样，电能质量技术也在不断进步和发展，电能质量的标准化工作也将随着技术的发展而发展，今后将会有更多的电能质量标准服务于工农业生产和人民生活。

张苹：中机生产力促进中心，研究员，全国电压电流等级和频率标准化技术委员会（SAC/TC1）秘书长，中机生产力促进中心标准化研究所副所长，长期从事标准化技术研究与管理工作。