諧波對繼電保護及自動裝置的影響

蘇曉燕內蒙古能源發電投資集團有限公司電力工程技術研究院

諧波對繼電保護及自動裝置的影響

蘇曉燕
內蒙古能源發電投資集團有限公司電力工程技術研究院

隨著電力系統的快速發展，各類新型電力設備在繼電保護中得到廣泛的應用。各行各業越來越多的非線性負荷與電網接軌。導致電網中產生了大量的諧波，對電網設備和系統產生了嚴重的危害，使得電力系統中諧波問題受到人們的關注。受諧波的干擾，繼電保護和自動裝置也會產生誤動或拒動，發生故障，無法保護電力系統的安全穩定運行。所以，要對電力系統諧波進行有效的監控，消除諧波對繼電保護及自動裝置的影響，最大限度地抑制其影響，十分重要。

電力系統；諧波；繼電保護

電力的發展，新型電力設備的增加，導致電力系統中非線性負荷的產生。使得電力系統中諧波問題受到人們的關注。要對電力系統諧波進行有效的監控，能夠根據電力系統實際運行狀況，強化繼電保護理論研究，增強現場試驗效果。能夠對電力系統中諧波影響繼電保護提出相應的建議。電力系統諧波將會影響到正常生產生活的安全性。因此，電力部門要對電力系統諧波及繼電保護進行確認維護。本文對電力系統諧波對繼電保護的影響，提出一些防范措施。

一、諧波的產生

諧波的定義是一個物理學概念，主要因為正弦電壓加壓于非線性的負載，使基波電流發生畸變從而產生了諧波。從廣義上來講，電流中所含有的頻率為基波的整數倍的電量、非基波整數倍的頻率分量稱之為諧波，不同的頻率在表現上有著明顯的不同。當諧波頻率為工頻頻率的整數倍時，我們將其稱之為整數次諧波。當諧波頻率不是工頻頻率的整數倍時，我們將其稱之為分數諧波。不同的諧波對電能質量的影響也不同。由于諧波在電力系統運行的過程中對系統安全有效運行影響非常大，所以在電力系統的發展中必需解決諧波問題。

二、諧波的危害

1、降低供電的安全性

電力系統中諧波的存在不處理是無法自然消除的，在電網中運行中大量的諧波電流在游蕩，并且在不斷的積累疊加，導致電網線損增加、設備過度發熱而壽命縮短、接地保護功能失常,致使電力運行成本加大，增加了不必要電費的支出。由于大量的諧波存在，使電網中繼電保護裝置對于電網的安全運行產生誤動或拒動，特別是在微機保護的應用、綜合自動化裝置中更為突出，如果不很好的去治理就會引起區域電網故障，甚至造成大面積停電的事故。

2、致使設備無法正常運行

在多種情況下諧波電壓能使正弦波變得更尖，給電壓互感器設備造成損壞，增加電力系統中各類電容設備、電氣設備的損耗，同時增大絕緣材料承受的電壓力。導致電子元件的自動裝置和繼電保護產生誤動；使電子儀表和通信系統受到影響，降低通信質量甚至無法正常工作；諧波電流能增加變壓器的銅耗，增大附加磁場的干擾，導致變壓器在諧波負荷的影響下產生局部過熱、加大噪聲、加速絕緣部分的老化，從而縮短變壓器的使用壽命，降低安全供電的可靠性，斷電后又可能造成的嚴重后果。

三、繼電保護的作用

隨著科學技術的不斷發展，繼電保護自動裝置已廣泛運用于各個領域，變電站綜合自動化已成為主流。繼電保護裝置主要功能是在電網運行中對電氣設備出現故障時來實施保護的，當供電系統設備出現故障時，這個時候系統中的諧波就需要繼電保護裝置來消除，確保供電系統繼續安全供電。電力系統的安全運行繼電保護裝置起到了至關重要的作用，有效的保護了電力系統安全穩定性。繼電保護裝置是現代繼電保護工作人員的必不可少的試驗工具。因此，繼電保護在保障電力設備和電力系統安全運行上發揮著重要作用，所以我們必須利用好繼電保護的功能，維護好繼電保護設備，從而提高繼電保護在電網中的運行質量。

四、諧波對繼電設備的影響

1、諧波對繼電保護的影響

諧波嚴重影響著電力系統繼電保護和自動裝置。由于諧波的產生，可引起系統的電感、電容發生諧振，使諧波放大。負序量整定的保護裝置的特性是整定值小、靈敏度高，當諧波引起系統諧振時，諧波電壓就會升高，電流隨著也會增大，如果在負序的基礎上再疊加上諧波的干擾，就會引起發電機負序電流保護誤動，導致繼電保護及安全自動裝置產生誤動，使繼電系統設備受到損壞，從而引發系統故障，電力系統的安全運行就會受到威脅。

2、諧波對距離保護的影響

整流型方向阻抗繼電器的阻抗特性，在正常運行狀態下動作特性是曲線型的，但當諧波流量大量進入到電流中時，它的動作曲線就會改變，呈現出凹凸型，于是就導致最大靈敏角和動作阻抗值發生變化。電力系統中距離保護裝置的測距元件，一般是按線路的基波阻抗整定的，在出現故障的情況下，當有諧波電流產生時，所測到的基波阻抗值可能會出現很大的誤差。所以當出現故障，電流流經高阻性的阻抗接地時，接地阻抗是最主要的。如果在電流中諧波分量比較大，就要采取措施進行濾波，否則繼電器就會產生很大的誤動，這將嚴重影響供配電系統穩定安全的運行。

3、諧波對整流型繼電器的影響

在諧波的影響下，導致負序電流保護出現誤動，由于整流型距離保護裝置的振蕩閉鎖經常動作，是因為在負序濾波器的作用下，將三相電流轉變為單相電壓，當系統電流中含有諧波，并且三相諧波并不相等也不對稱時，負序濾波器就有很大的諧波輸出，導致整流型距離保護裝置的振蕩閉鎖經常動作產生，再加上裂相回路對諧波的進一步放大作用，使整流出的直流脈沖不斷的出現。受負序功率方向高頻保護的影響，當諧波透過負序電流濾波器和負序電壓濾波器時，使高頻閉鎖方向保護的正向動作回路起動，從而導致保護誤動。

綜上所述，諧波對繼電保護工作的開展影響重大，所以，要不斷地完善配電系統運行，使電力系統出現的繼電保護阻抗結構產生變化，抑制諧波的產生，不讓諧波進入系統或只有很少量的進入系統，以減少諧波對電網的影響，從根本上提升繼電保護效果，讓繼電保護設備穩定安全的運行，從而提升電力系統供電效率。

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