有關諧波對繼電保護的影響分析與應對策略

吳詩雄

摘要：隨著我國社會經濟的日益發展與完善，無論在工業領域還是生活領域，對用電需求大幅度增加，而用電安全問題成為重要的課題。一旦發生大面積停電，不僅對工業正常運行造成影響，也不利于居民日常生活，甚至帶來一系列的社會不穩定因素。因此，強化電網運行安全，更好地發揮繼電保護作用，至關重要。本文結合繼電保護中產生諧波的影響，對有效應對措施進行分析與探討。

關鍵詞：諧波 繼電保護 影響 應對

中圖分類號：TM77 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）10（b）-0108-01

近年來，我國電力電子技術、能量變換技術等穩步發展，越來越多的非線性電力裝置已經投入使用，而這些電力裝置中，大多整流部分沿用傳統的可控硅相控整流技術或者二極管不控整流技術，它們將產生大量的無功功率及濾波，可能對電力系統的用電設備造成威脅，甚至引發事故，帶來不必要的經濟損失。尤其電力系統出現短路或者電氣設備處于非正常的運行狀態，就會增加諧波的含量。可見，諧波污染問題已成為當前必須重視的問題，對電力系統的繼電保護與安全運行產生直接影響，對電力系統安全運行造成威脅，只有采取有針對性地措施加以防范，才能更好地促進電力系統安全、可靠運行。

1 諧波對繼電保護的影響

1.1對靜態型繼電器產生的影響

在靜態保護作用下，采用的繼電器主要包括固體繼電器、靜態繼電器兩種類型。當前，靜態保護模式已經在諧波消除和抗干擾方面發揮積極作用，得以廣泛應用與認可。結合相位比較原理，經過比較的交流電量可分別通過微分比相器、積分比相器實現。由于存在諧波分量問題，因此比相器的正常運行受到影響；對于積分式比相器來說，各個半波積分比相器的對比、分析分別為負半周極相同時間與正半周極相同時間，如果兩個被比較的電量，其中一個的諧波分量比較多，而方波又被切割成若干碎塊，就會造成積分電壓與所需電壓值不相符，進而引發保護拒動問題。

對于微分式比相器來說，可以將交流電量都轉變為方波，然后將其中一個方波利用微分電路形成脈沖，與另外一個交流量方波對比，那么就可能由于存在諧波而產生諸多微分脈沖，增加了出現交流量過零點的可能性。如果處于相差保護狀態，那么發生短路之后形成直流分量，就可能和高次諧波分量造成疊加，進而增加保護誤動可能性。

1.2對整流型繼電器產生的影響

對于整流型繼電器運行來說，將若干輸入交流量進行組合，并實現整流過程；或者實現單一輸入交流量的整流，由整流之后的電流信號或者電壓信號、動作等作為重要依據，實現繼電器的有效動作。一般情況下，每間隔2個n/n就會產生凹點或者凸點，而含有的諧波越多，凹凸情況就越嚴重；例如，在阻抗繼電器中，如果諧波分量存在于電流回路中，那么動作特性體現為不規則的封閉曲線狀，并且曲線中存在諸多凹凸不平點。另外，如果輸電線路中出現接地短路問題，那么電流中含有諸多的諧波污染問題，整流型保護裝置就會出現拒動。出現這一問題，主要由于電流回路中含有諧波分量，環形整流比相器中輸出大量的交流分量，就會對繼電器的動作造成影響。

1.3對電磁型繼電器產生的影響

當諧波的含量在40%以下時，一般整定值的誤差不會超過10%以上；但是也要考慮到，繼電器主要根據電流或者基波實現整定，因此處于動態作用下，就可能產生較大影響。對于電流繼電器來說，如果存在諧波，就可能引發保護拒動問題。在電壓繼電器中，如果畸變電壓含有諧波并且在繼電器中應用，那么動作值就會大于基波整定值，進而造成電壓繼電器的誤動問題，如果繼電器中出現欠電壓問題，又可能出現誤動。例如：當處于投切空載變壓器的狀態下，諧波含量會增加，而勵磁涌流的高次諧波分量，則造成繼電器誤動作，進而引發斷路器跳閘問題。

1.4對感應型繼電器產生的影響

對于感應型繼電器來說，可動部分存在較大的慣性，動作的速度相對較慢，而諧波轉矩則對其產生較小的影響，在磁場作用下，繼電器中形成感應電流，電流就會與空間中的磁場形成相互作用，最終出現電磁轉矩，推動圓筒或者圓盤轉動。從實驗結果來看，如果輸入電流的頻率大幅度增加，那么起動繼電器的靈敏性受到影響，這主要由于諧波分量存在于畸變電流中，而繼電器的磁盤形成了附加轉矩。實際上，在諧波分量中形成的轉矩，既可以是正值也可以是負值，而繼電器既可能發生拒動，也可能發生誤動；結合同次頻率諧波之間的相位差、諧波分量等實際情況，產生不同的效果。

2 應對諧波的有效策略

如果電力系統中存在大量的諧波，就可能引發繼電保護裝置的拒動或誤動；因此，加強對諧波的治理措施，確保電力系統運行可靠性，具有一定現實意義。有關諧波問題的抑制，需要確保電力系統的各種用電設備諧波處于可控范圍之內，如采取無功補償器、有源濾波器或者用電設備的整流作用等，都可以有效抑制諧波問題。因此，加強對諧波的控制，減少對繼電保護裝置的影響，可考慮以下方法。

（1）在繼電保護裝置中，不使用可能受到諧波影響的元器件或動作原理，如比相判斷、弱點繼電器等。

（2）在電力二次系統中，諧波感抗與容抗之間可能形成諧振，那么系統中的固有頻率應該與帶有諧波的頻帶率保持距離。

（3）在繼電保護系統中，增設軟件濾波器與硬件濾波器，尤其加強對采樣二次側信號的處理，避免諧波干擾問題。

由上可見，隨著電力電子技術的廣泛應用，給配電系統中帶來了復雜的諧波污染問題，尤其威脅繼電保護系統的可靠性運行。因此，在現有技術的基礎上，加強繼電保護動作性能的優化，提高諧波區分的能力水平，爭取將諧波對繼電保護的影響降到最低。

參考文獻

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