電力系統諧波對繼電保護的影響

封穎

摘 要：近幾年來，我國電力行業得到了蓬勃發展，人們對電力的需求也在與日俱增，使得電力系統的作用越來越重要。而隨著電氣設備的大力推廣，電力系統運行中出現了很多諧波，嚴重影響著電力系統繼電保護的安全運行。因此，必須要了解電力系統諧波對繼電保護的影響，這樣才能保證電力系統繼電保護的安全運行，保證人們的電力需求。

關鍵詞：電力系統諧波；繼電保護；影響

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.10.152

在電力系統中諧波有非常嚴重的危害，是電力系統的一種污染因素。而電子設備的大力推廣使得非線性負荷影響著電力系統的正常運行，電力系統諧波問題日益嚴重。諧波會降低電壓正弦波的質量，并影響電網的正常運作。因此，必須要運用多種措施來降低電力系統諧波帶來的負面影響，把握電力系統諧波對繼電保護的影響和重要意義。

1 電力系統諧波

電力系統諧波是指一個周期電氣量的正弦波分量，而基波頻率的整數倍就是其頻率，一般基波的頻率會低于諧波的頻率，所以又叫高次諧波。電力系統會受到諧波的影響，使得其電壓正弦波質量降低，并影響電網的正常運作[1]。電子設備和電力電子設備的推廣應用，增加了變頻調速設備、工業電爐和電氣機車等非線性負荷，電力系統中的諧波也就越來越多。而高次諧波的產生會增加維修工作量和電網損耗，容易產生干擾使保護和自動裝置誤動，計量器件也也會產生誤差，干擾無線電通訊系統，最終縮短電氣設備的壽命。

通常電氣化鐵路、非線性負荷、風電、光伏發電、汽車充電站等設備中經常會產生諧波，而電氣化鐵路是一個特殊的電力系統用戶，其負荷具有非線性、不對稱性和波動性的特點。在機車運行中非線性特征明顯，此時電力系統中就會出現大量的諧波電流，并成為最大的諧波源，3-13次的奇次諧波電壓中的含有率會出現不同程度的超標，而且電力機車開停頻繁，就會增大有功沖擊，使得出現電力系統電壓波動和閃變。在風電場中產生諧波產生是因為輸入的風力發電能量具有不確定性，而且有大量的整流和逆變設備，所以就會出現諧波。通過光伏組件，太陽能就會轉化為直流電力，并由直流監測配電匯集到并網型逆變器中，轉化成電網同頻率同相位的正弦波電流，而這一逆變過程就會增大諧波污染。在充電機裝置中，在模擬充電機上運用Matlab進行諧波仿真計算，就會發現實測電流中有3次諧波，這與負荷不對稱有關，它會使得中性點偏移，并與中性點對地形成回路，最后就產生了3次諧波電流。電力系統的諧波源主要是可控硅的整流設備，但是其實際運行情況比較差，換流電抗和換相角不等于零，平波電抗器的感抗不會趨近無窮大，所以輸出直流就會有脈動，使得三相交流系統不具有對稱性，此時就會產生諧波。

2 電力系統諧波對繼電保護的影響

2.1 靜態機電設備

在電力系統中靜態機電設備的運用比較廣，因為靜態繼電器對于降低諧波的影響有一定的作用。靜態保護裝置包括固態繼電器和靜態繼電器，兩個交流電量的相位比較比較是微分比相器和積分比相器的比較，而在電器設備運行中諧波會對比相器的正常運行產生影響。因此，在比較兩個電量時，如果其中一個具有諧波分量的條件就會切割方波，但是因為電壓達不到預期電壓值，電壓就難以翻轉。而兩個交流帶電已經轉化成方波，在微分電路上形成脈沖，如果此時系統受到諧波的影響，微分脈沖就會增加。在增加交流電的情況下，就容易出現保護裝置誤動作，使得靜態機電設備受到影響[2]。

2.2 整流型機電設備

以整流輸入交流電或幾個交流量最終整流而成的就是整流型機電設備，而其繼電器的動作原理是電流信號和動作判斷。如果某個電阻器擁有兩個電氣量的環形整流比相器，此時電流回路中出現諧波，其動作路徑就會改變，出現一個規則的圓弧，而諧波量的增加也使得曲線上的凹凸點更加復雜。因此，在整流型機電設備中出現諧波，電流回路中含有諧波分量電流，就會增加整流比相器輸出量的交流分量，并對繼電器的工作路徑產生影響。

2.3 電磁型機電設備

雖然整定值會受到諧波的影響，但是如果諧波含量在一定的范圍內，就不會增加整定值的誤差。繼電保護裝置的基礎就是基波電壓或者電流整流，其動態作用的變化不會太大。但是如果繼電設備中出現了諧波，并發生誤動，在電壓機電設備中其動作值就會因為高于基波的整值而產生拒動。當然，也有可能是空載變壓器的切頭中出現諧波，此時在諧波分量的影響下繼電器也有可能產生誤動，造成斷路器跳閘的情形。因為電磁型繼電器對定值誤差的要求不高，所以如果諧波含量不超過10，其受到諧波的影響就比較小。但是如果諧波含量比較大，而且各次諧波衰減比較慢，出現電磁型繼電器誤動就會造成嚴重的系統事故。

2.4 感應型機電設備

在感應型繼電保護裝置中，其動作速度慢、慣性大，這樣就削弱了諧波的影響，使得諧波轉矩的作用變小，對感應型機電設備的影響小。但是如果因為磁場作用繼電器圓盤或圓筒中產生了電流，而另一個磁場的作用產生了電磁轉矩，此時在電磁轉矩的影響下圓盤或圓筒就會發生旋轉。如果此時輸入一定頻率，在畸變電流諧波分量的影響下繼電設備中的磁盤會出現附加轉矩，當轉矩與電流諧波分量和基波分量等轉矩的和相等時，繼電器的靈敏度就會降低。而且諧波分量包括整數和負數，繼電保護裝置中就可能出現誤動或拒動的情形。如果電力系統出現了諧波，三相諧波不相等也不對稱，負序濾波器就會加大諧波輸出，放大裂相回路對諧波的作用，增加整流出的直流脈動，出現保護誤啟動。

3 結語

隨著我國經濟的發展，人們對電力的需求量在逐漸增加，并提出了更高的要求。但是在電力系統運行中經常會出現諧波，影響著繼電保護的正常運行，也降低了電壓正弦波的質量，嚴重制約了電網的正常運作。因此，在電力系統實際運行中，要認識到中電力系統諧波對繼電保護的負面影響，在這樣的基礎上采取有效的對策降低其對繼電保護的干擾，為電力系統安全穩定的運行提供保障。同時也要采取有效的措施保證電力系統繼電保護的正常運行，減少電力系統中的諧波，為電力系統的穩定運行和經濟社會的發展提供保障。

參考文獻：

[1]程麗.電力系統諧波對繼電保護的影響研究[J].中國新通信，2017，19（01）：97.

[2]郭冰，王維川.電力系統中諧波對繼電保護的影響[J].經營管理者，2015（03）：343-344.