電力系統諧波對繼電保護的影響分析

王興興

摘 要：隨著供電系統運行規模的不斷發展，其中諧波電流的數量也呈現出不斷增長的發展趨勢。由于供電系統中諧波電流量的增加，電氣設備也受到不同程度的影響，特別是對于繼電保護設備而言，諧波電流的出現會對其產生不利影響。因此，深入分析供電系統中諧波電流對繼電保護裝置的影響，并制定相關解決方案。

關鍵詞：電力系統;諧波;繼電保護

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。

一、諧波和繼電保護概述

根據國際標準電工定義可知， 諧波是正弦波分量并處于一個周期電氣量中。通常情況下諧波的頻率是基波的n 倍（n為整數）。近年來學者對于諧波的研究越來越多，其中一些學者在分數諧波中納入非基波整數倍的頻率， 卻在次諧波中納入工頻以下的頻率。實際當中主要是諧波影響繼電保護，諧波產生于電力系統中，是在電力系統連接電氣化汽車、辦公電子設備、電弧設備、非線性負載等非線性負荷過程中產生的，進而影響了系統的正常電壓、電流，最終形成較高的諧波。而在電力系統中產生諧波后就會威脅經濟性運行、電力系統安全性、電能質量水平。所以，當前電力系統運行中亟待解決的一個問題就是諧波污染。

二、諧波對繼電保護的影響

實際當中繼電保護裝置的性能和效果會受到電力系統諧波的影響，進而出現下降、拒動、誤動等現象。但是不同繼電保護裝置受到諧波的影響會隨著自身工作原理、運行性能的改變而改變。

2.1 靜態型機電設備受到的影響

在靜態保護裝置中繼電器包括兩種模式， 分別為固態繼電器和靜態繼電器。實際當中靜態保護裝置的抵抗諧波干擾效果好，所以受到關注更多。根據相位比較原理，微分比相器和積分比相器表現于兩個交流電量的比較。實際當中諧波分量是客觀存在的，所以會影響比相器的正常運行。兩個電量進行比較，如果有一個滿足具備諧波分量的要求，那么需要將方波進行切割， 觸發器此時由于電壓不滿足預期電壓要求所以不會翻轉。而兩個電流在微分式比相器中分別轉化成方波，通過微分電路變成脈沖， 對比另一個交流量產生的方波和這個方波。但在存在諧波的情況下就會有若干個微分脈沖產生，保護裝置也可能在加大交流量的過零點現象作用下產生誤動作。比如，在相差保護過程中有短路現象發生，那么就會產生直流電量并疊加與諧波分量， 進而使得保護裝置在半波比相器輸出反應的作用下產生誤動。

2.2 整流型機電設備受到的影響

整流輸入交流電是整流型機電設備的重要特征， 還有一部分整流型設備先通過組合若干個輸入的交流量實現整流過程。其繼電器的動作原理是獲得整流之后的電流信號和動作判斷。例如，某電阻器具備兩個電氣量的環形整流比相器，如果在電流回路中存在諧波， 其動作過程就由一個不規則的曲線代替了正常的圓弧， 并且曲線上存在隨著諧波含量增加而日趨復雜的凹凸點。對其分析不難發現，一旦電流回路中存在諧波分量電流， 那么就會增加交流分量在環形整流比相器中的輸出量，進而影響繼電器的動作。此外，當輸電線路存在短路時，諧波分量就會增加，進而影響整流型保護裝置并出現拒動。此時進行繼電保護裝飾的設計，就應當予以諧波問題充分的考慮。

2.3 電磁型機電設備受到的影響

實際當中整定值的誤差會隨著諧波含量的改變而改變，通常來說在諧波含量不大于40%的情況下整定值的誤差不會超過10%。但是基波電壓或者電流整流是設置繼電保護裝置的基礎，所以動態作用下的影響不會太大。電流繼電設備在存在諧波時會發生誤動， 但是電壓機電設備的動作值比基波發生時的整定值大，所以此時產生的是拒動。此外，若是空載變壓器的切投過程中存在諧波， 那么繼電器就很可能在諧波分量的作用下發生誤動，斷路器就會因此跳閘。

2.4 感應型機電設備受到的影響

感應型繼電保護裝置具有動作速度緩慢、慣性相對較大的動作部分，此時諧波轉矩的作用機會被削弱，產生的影響可以不計。繼電器中圓盤或者圓筒在磁場作用下產生的電流，受到另一個磁場的作用而產生電磁轉矩， 圓盤或圓筒在電磁轉矩的作用下發生旋轉。實際當中如果將頻率為50～200Hz 輸入到電力系統中，那么會嚴重的影響繼電器的靈敏度，主要原因是繼電設備的磁盤在畸變電流中諧波分量的作用下有附加轉矩產生，并且等于電流中的諧波分量、基波分量等轉矩總和，而諧波分量的值包括整數和負數。所以，誤動和拒動現象就有可能出現在繼電保護裝置中， 并且諧波分量的有效值或者同次頻率之間的相位差決定引發后果的大小。

三、防范繼電器保護的策略

實際電力系統運行中繼電保護裝置誤動作或拒動作現象發生的概率，隨著諧波含量的增加而增加，一旦發生誤動或者拒動那么電力系統運行的穩定性和經濟性就會受到影響。所以，電力企業應當充分重視諧波問題，并且采取有效的防范措施降低裝置誤動和拒動造成的影響。在諧波污染治理方面，應當根據我國相關規定對電力系統中所有用電設備的諧波進行控制，有效避免設備拒動和誤動的產生。如果有無功補償器、無源濾波器、有源濾波器等設備，應當用于控制諧波量，使得諧波產生的影響能夠降到最低。實際當中電力企業可以參照以下方法：①給予電力系統諧波控制充分的重視，在進行繼電器的選擇時應當充分考慮元器件受諧波的影響程度， 根據動作原理盡量選擇受到諧波影響小的元器件。比如可以選擇弱電繼電器、零點檢測。②為了有效實現變壓器差動保護作用，應當選擇變流和速飽設備作為繼電器， 制動方法則應當選擇二次諧波制動方法。③由于諧波容抗和感抗之間的相互作用，電力二次系統中極易產生諧振， 所以應當將諧波含量較低的頻率帶從系統的頻率中刪除。最后，也可以通過硬件濾波器和軟件濾波器的設備濾波處理繼電保護設備中的信號， 這也能夠將諧波干擾控制在一定范圍內。

四、結束語

電力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：

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