分析電力系統諧波對繼電保護的影響

韓云龍　黑俊

【摘? 要】諧波對電力系統繼電保護有很大危害，嚴重影響電力系統的安全運行，給電力企業和用電用戶都帶來了很大的影響。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。

【關鍵詞】電力系統;諧波;繼電保護;影響

1諧波的概述

諧波（HW）最早出現與聲學領域，從國際電工定義中可以得知，它屬于周期性電氣量正弦波分量，它的頻率是基波的整數倍。對于發生畸變波形的研究以傅里葉變換最有代表性。在傅里葉變換中，對于其周期電流的畸變與電壓波形展開以后可以得到以下公式：

式中：I_K——第h次諧波電流有效值;θ_k——第h次諧波電流的相位;V_K——第h次諧波電壓有效值;φ_k——第h次諧波電壓的相位;w_o——基波角頻率;K——所研究的最高次諧波的階數

2電力系統諧波對繼電保護的影響

2.1諧波對電磁繼電保護器的影響

電力系統正常運行諧波修正的誤差應控制在10%以內。繼電保護的裝置根據諧波大小自動調節系統的電流或電壓，并控制和消除在靜態狀態下產生的諧波。同時，諧波的反作用過大也將導致繼電保護裝置產生保護動作。要消除諧波對繼電保護電壓的影響，就要合理的標定繼電保護器的基準電壓，減小因系統故障引起的電壓波動造成的諧波。

2.2諧波對感應繼電保護器的影響

受磁場作用的影響，在感應型繼電器的圓盤或者圓筒內會出現感應電流，感應電流會與設備中的磁場產生相互會見的作用，進而出現電磁轉矩，造成圓盤或者圓筒轉動。感應型繼電器的可動部分由于具有較大的慣性，動作速遞相對比較慢，諧波轉矩對其造成的影響不是很大。根據電力專家的測算，由于諧波產生的畸變電流中諧波分量會在繼電器磁盤內產生一定的轉矩影響，而繼電器的靈敏度隨著電流頻率的增加逐漸降低，特別是在三次諧波和五次諧波電流造成的轉矩，很大程度上對繼電器的靈敏度產生影響，主要原因在于畸變電流在繼電器磁盤上造成的轉矩值與電流中各次諧波分量產生的轉矩與基波分量之和是相等的。因為諧波電流分量造成的轉矩值有正有負，所以繼電器有可能產生誤動，也有可能產生拒動，主要還是由諧波分量的有效值與諧波間相位差所決定的。

2.3諧波對整流繼電保護器的影響

諧波對整流型繼電器也會產生較大的影響，整流型繼電器的特點主要有：把輸入的幾個交流量進行組合，對組合進行整流，或者對一個輸入交流量進行整流，把所得的電流信號或電壓信號及其動作作為判斷的依據，決定繼電器的動作。通常相隔兩個∏/n時有凸點或凹點出現，如果諧波含量越大，那么凹凸的情況就越明顯。假設兩個電氣量的環形整流比相器回路構成的方向阻抗繼電器，回路中如果含有諧波分量時，就會造成其動作特性的改變，由規則的圓形變為不規則的封閉曲線，并且在曲線中存在很多個凹凸不平的點。如果輸電線路出現接地短路的故障，那么電流中的諧波含量也會增大，此時整流型繼電保護裝置會出現拒動。

2.4諧波對靜態繼電保護器的影響

在靜態保護中，主要采用靜態繼電器和固態繼電器兩種繼電器，有無機械運動的器件組成。該裝置可以有效的將諧波影響消除掉，所以在目前也成為人們最受關注的保護裝置。根據相位比較原理，組成該繼電器，對兩個交流電量的比較可以采用微分比相器和積分比相器來實現。兩種比相器都受到諧波分量的影響：對積分比相器的影響主要是各半波積分比相器進行比較，分別是正半周或者負半周極性相同的時間，如果進行比較的鏈各個電量中，任意一個含有諧波分量，它的方波就會被切成碎塊，這就可以使積分電壓降低，其后邊的觸發器也就不能被處罰，造成保護拒動;微分比相器主要是將兩個交流電量全部轉換為方波，然后將其中之一通過微分電路使其產生脈沖，然后與兩外一個方波進行對比，如果存在諧波，那么就會出現多個微分脈沖，這樣就增加了交流電量過零點的概率，會出現保護誤動的現象。

3電力系統諧波的應對策略

3.1提高繼電器可靠性

首先要保障繼電器不受或者少受諧波的影響。裝配繼電保護時，要充分分析比相判斷，進行過零點檢測，并選取弱電繼電器以及元件安裝。同時還可以通過二次諧波的方式產生能夠強化繼電器保護作用的飽和變流器，從而提高繼電器的可靠性。值得注意的是，有容抗和感抗存在的二次諧波系統容易產生諧振，為了消除由諧振引發的過電壓等危害，可使系統中的固有頻率與較高含量的頻率帶保持安全距離。通過以上方法，均可提高繼電器的可靠性，減少諧波危害。

3.2提高諧波分析能力

對諧波的治理，需要依靠精準的諧波分析手段。實際中，可利用傅立葉變換得到綜合完整的諧波數據，經過數據處理后得出分析結果，指導諧波治理。考慮到電抗器的計算和現場諧波測試比較復雜，且只能應用于固定負載，在實際分析過程中應遵照實際的運行標準，全面分析數據，并及時補償功率因數，從而減少諧波的影響。

3.3增加功率因數調節裝置

在產生諧波的設備的電源上裝置功率因數的調節裝置，可從根源上有效減少諧波的產生，從而抑制諧波危害。該有效抵消諧波的方法也提示相關部門，在設備的研發制造時就根據企業特點充分考慮諧波問題，盡量避免諧波的產生，從源頭上有效減少諧波對電網的污染，而不是污染后再治理。

3.4增強計算機保護

在完善繼電保護裝置的同時，技術人員還應增強對計算機的保護，具體措施如下：第一，技術人員可通過中間變換器，將系統導入的電壓和電流轉換成有著較強適應性的數值后進入電力回路，隨后借由濾波器對電流中攜帶的諧波量進行削減，并通過模數轉換設備實現模與數的相互轉換。最后，還應采取措施對數字的運算處理結果實施保護，把相關數據轉換成數字并運算后將結果適時傳出。第二，技術人員在數字運算工作之外，還應充分利用計算機系統中的數字信號處理設施。具體而言就是在利用轉換器實現接受的模擬信號向數字信號的轉變后，還應運用處理手段對數字形式的信號再次處理，并將最終結果還原為模擬信號，從而實現模擬信號具體的時間量化工作。需注意的是所采用的數字信號應使用二進制的有限位碼。

4結語

諧波對電力系統繼電保護有很大危害，嚴重影響電力系統的安全運行。因此，電力企業需要加強對電力系統諧波的處理工作。

參考文獻：

[1]封穎.電力系統諧波對繼電保護的影響[J].山東工業技術.2018

[2]白汗.探究電力系統諧波對繼電保護的影響[J].電子測試.2018

（作者單位：中電神頭發電有限責任公司）