電力系統諧波對繼電保護的影響

楊艷燕　朱永珍　楊黎

【摘 要】隨著現代科學技術的不斷革新，電力系統也日益完備，獲得了更進一步的發展。相應地也暴露出電力系統中諧波的問題，這對繼電保護產生了多個方面的嚴重影響。文章將從什么是電力系統諧波及其產生的原因出發進行分析，進一步探討電力系統諧波對繼電保護造成的具體影響以及相關的應對措施。

【關鍵詞】電力系統；諧波；繼電保護；影響；應對措施

在科學技術和社會經濟的發展帶動下，電力行業也迅猛發展，電力系統較之以往更加發達完善。而在這之中存在的諧波問題具有很大的負面影響，不利于保證電力系統在運行過程中的安全有效性。應對這種諧波造成的影響，必須在詳細分析的基礎上采取適當措施進行解決。本文旨在通過對諧波及其造成的影響進行一個綜合性的分析，從而為解決諧波問題保障電力系統在運行過程中的安全性提出可供參考的建議。

1 什么是電力系統諧波及其產生的原因

1.1 什么是電力系統諧波

最開始將諧波這個詞提出來的是聲學領域，并且諧波在上個世紀就得到了較多的關注和研究。通過參考相關的定義可知諧波的頻率相對基波來講是其整數倍，而諧波也是屬于周期性的電氣量正弦波分量。通常在電力系統中，都將諧波視為一種“污染”。因為諧波不僅對電網造成影響，使其難以得到正常的運行，也使得系統中電壓正弦波的質量受到影響而降低。在如今的時代背景下，由于多個方面的因素造成電力系統中諧波的問題越來越嚴重，比如電子設備和高壓直流輸電在實際生活中得到廣泛應用，以及像電子機車之類的非線性負荷不斷增加等都在一定程度上加重了諧波問題的產生，使得電力系統難以在安全的狀況下運行。

1.2 電力系統中諧波產生的原因

雖說電力系統中的諧波問題比較嚴重，但是這里所說的電力系統并不是指全部而是有所特指，諧波問題通常都出現在汽車充電站以及電氣化鐵路的設備中。尤其是電氣化鐵路作為電力系統的用戶里比較特殊的一個，其總體的波動是相對比較大的，因為它與其他的負荷情況有差異，而且包含了一定的不對稱性及非線性。一般來說機車在運行的過程中非線性往往就會體現得比較明顯并且電力系統中會被注入很多的諧波電流，而這便是電力系統中產生諧波的最大來源。除此之外，機車的運行過程也是在不斷地開停，在這種情況下就使得有功沖擊能力得到提升，進而導致出現電壓波動或者閃變的情況。而最主要的出現諧波的原因還是與可控硅整流設備密不可分的，通常在實際的運行過程中這種設備并不能達到比較良好的狀況，而且在一定情況下會使得平波電抗器能力降低，由此在輸出的電流中就會存在脈動，這樣就使得三相交流系統的對稱性很難得到實現，而諧波就在這種狀況下得以產生。

2 電力系統諧波對繼電保護造成的影響以及相關的應對措施

2.1 電力系統諧波對繼電保護造成的影響

電力系統的諧波會對繼電保護造成很多負面影響，最后導致保護裝置出現問題，進而無法保證電力系統的運行始終處于一個的安全狀態。根據相關實驗研究表明，繼電器的類型不同，遭受諧波的影響也有所差別，接下來文章將對幾種具體類型的繼電器進行分析。

第一，在感應型繼電器中諧波造成的負面影響分析。就一般情況來講，感應型繼電器中的可動部分具有比較大的慣性，所以通常動作的速度都相對不快，因而受到的諧波轉矩影響也不太大。這一類的繼電器在受到磁場作用之后，其圓筒或者圓盤就會有感應電流產生，而這種感應電流在與另外一種磁場進行相互作用后就會產生能夠推動圓筒和圓盤轉動的電磁轉矩。通過對電流頻率的增加以及各次諧波電流產生轉矩的研究實驗表明，其產生的轉矩是可正可負的，在這樣的情況之下繼電器產生拒動或者誤動都是極有可能的，而這個后果會依據諧波分量的有效值和各同次頻率諧波間的相位差來決定[1]。

第二，在整流型繼電器中諧波造成的負面影響分析。顧名思義，對輸入的交流量進行整流是這類繼電器最為突出的一個方面，而在經過整流之后的電流信號或者說電壓信號和相應的動作判據會對這類繼電器中的動作特性起到決定性作用。通常情況下，如果電流回路中通入的電流是含有諧波分量的，就會最終對繼電器的動作特性產生不良影響，比如破損不光滑的情況容易發生。而且在特定情況中輸電路出現問題尤其是產生接地短路現象的話，就會進一步增加電流中所包含的諧波分量，致使這一類型的保護裝置產生拒動。

第三，在靜態型繼電器中諧波造成的負面影響分析。這種靜態保護在近年來獲得了較高的重視，因其擁有良好的抗干擾性并且能較好地降低諧波帶來的影響。在這種靜態保護中，固態繼電器以及靜態繼電器都是較多地被應用到的。這種繼電器是在相位比較原理的基礎上構成的，一般可以通過微分比相器或者是積分比相器來達到兩個交流電量之間的比較，而這兩種比相器在正常工作中都會受到諧波不同的影響。在積分比相器中如果諧波分量存在于被進行比較的電量中，不管是存在于兩個中的哪一個，都會使保護拒動的情況產生。而在微分比相器中就會因為存在諧波而造成微分脈沖的大量出現，這樣就增加了交流量過零點的幾率，進而極容易使得保護裝置產生誤動。

第四，在電磁型繼電器中諧波造成的負面影響分析。通常繼電器的整定都是依據的電流或者基波電壓，所以在處于動態情況時會受到諧波比較大的影響。當諧波存在的時候，往往欠電壓繼電器非常有可能產生誤動的情況，過電壓繼電器會產生拒動的情況，而電流繼電器則主要是會產生拒動。在某些特定情況下產生較高的諧波含量時，還會因為繼電器誤動而導致斷路器出現跳閘情況。

2.2 應對諧波造成影響的相關措施

諧波問題近年來受到了越來越廣泛的關注，針對這個問題的解決措施也得到了進一步的研究。一般說來以下三個方面的措施是十分值得參考的：第一，嚴格按照專業的諧波標準綜合考慮各個諧波源并進行詳細分析。在這個基礎之上再對諧波主要來源進行控制，比如濾波裝置等的應用就對減少污染具有十分重要的作用。第二，建立一個監測系統對電力系統中的諧波進行監視和分析，便于更好地對諧波進行掌控。第三，針對一些嚴重受到諧波影響的繼電保護設備更要將強監視和檢查，并且適當應用技術提高繼電器的性能，使其能夠更好地抵抗諧波干擾。除去以上這些具體措施外，還應多加研究和分析，采用先進技術更好地解決諧波問題，保障電力系統的運行安全[2]。

3 結束語

綜上所述，電子系統諧波對繼電保護產生的負面影響是比較大的，相關部門及技術人員應予以高度重視并致力于采取措施解決這個問題。在電力系統未來的發展中，諧波問題將會成為一個比較明顯的障礙，只有不斷與時俱進，加強對這個問題的研究并發展相關技術措施，重點關注受諧波影響較大的繼電保護設備，才能促使電力系統的發展更加安全。

【參考文獻】

[1]孔海波，石慶喜，馮德品.電力系統諧波對繼電保護的影響探究[J].山東工業技術，2015（20）.

[2]楊蜀.電力系統諧波對繼電保護的影響分析及應對措施[J].機電信息，2013（21）.

[責任編輯：王偉平]