電力系統諧波對繼電保護的影響分析

林煒 張繼偉 邱碧丹

（福建電力職業技術學院，福建 泉州 362600）

在電力系統的運行過程中，穩定性是它的必須要求，由于電力系統的結構比較復雜，需要在滿足用戶的基礎功能上，實現對電能生產以及運行過程中的保護和控制，并且減少功率在這個過程中的損耗，但是在電力系統中，由于各種配件的作用，導致其中存在不少潛在的安全隱患，諧波的產生以及所構成的不同結構形式就是對電力系統產生危害的一部分，需要有關人員進行具體的研究。這類諧波含量的高低會直接影響受端設備的穩定運行，增加濾波采樣裝置的設計難度，對系統的穩控運行帶來挑戰。但是在電力系統的運行過程中，還是會或多或少的出現不同的安全和質量隱患，造成對電力結構的影響，諧波就是其中的主要危害因素，需要對它進行全面的分析，找到有效的抑制方法。

一、分析諧波出現的機理

在電力電網之中，非線性的負載主要是產生各種類型諧波的重要來源，然而電力互感器鐵心飽和引起的電感變化則是非線性負載的主要來源之一，實際電力系統之中，外界激發作用多數都自于斷路器和合閘、線路接地等，這些都會導致電壓互感器以及電流互感器鐵心飽和等。然而鐵磁諧振則是作為鐵心飽和引起回路共振的一種特殊現象，多見于如下電力網絡，空載或輕載條件下，電磁式電壓互感器和線路對地電容組成的振蕩網絡，空載變壓器和空載長架空線路對地電容組成的振蕩回路等。特別對于中性點非有效接地系統，非線性電感元件和電容元件組成振蕩回路，而回路穩定狀態的情況下，其自振頻率則是小于某一低頻諧振頻率，而鐵心飽和的情況下，電感將會快速的減小。

二、分析諧波對于繼電保護裝置帶來的影響

（一）對電磁型繼電器的影響

通過相關調查能夠發現，諧波的含量不超過百分之四十的情況下，其整定的誤差則是小于百分之十，在電力系統之中，諧波的設定主要是根據基波電流或者是基波電壓整定的，因此在非靜止狀態下的諧波必然會對繼電保護裝置帶來一定的影響，同時在電力系統之中，諧波的存在畢然會對繼電保護裝置產生保護拒動。一旦在繼電保護裝置上的諧波存在基變電壓，基波整定值比電壓型繼電保護裝置動作值要低很多，這就造成繼電保護裝置出現延誤，可能會導致繼電保護裝置誤動，從而導致無法正常運行，尤其是在空載變壓器投切的過程中，十分容易導致出現跳閘行為。

（二）對電感應型繼電保護裝置的影響

在圓盤磁場的作用之下，感應性的繼電保護裝置肯定會出現感應電流，然而感應電流在空間其他的磁場作用之下，先出現電磁轉矩，之后促進其圓盤進行轉動，同時感應繼電保護裝置的動作相對比較慢，能夠活動的部分慣性則是比較大，因此諧波對其所帶來的影響是相對比較小的。然而在通過分析后了解，因為受到基變電流產生的諧波分量會在繼電保護裝置的磁盤上產生附加轉矩，所以繼電保護裝置的觸發時間可能會隨此影響而產生一定的改變，對于三次到五次諧波分量產生轉矩對此產生的影響相對比較大，因此在實際進行應用的過程中，必須要對這個問題引起足夠的重視，避免對電力系統的穩定運行帶來影響。

（三）對整流型繼電保護裝置的影響

在電網之中，正玄波主要是一個理想波形，這點是毋庸置疑的，導致諧波出現的原因主要是因為裝置的單向導電作用，接線方式以及系統參數等原因之下所出現的，這種波形的出現對于電力系統而言是十分不力的，對于繼電保護裝置也將會帶來一定程度的損壞，在這之中，高次諧波是非常重要的因素，當諧波電壓較高的時候，繼電保護裝備在一定程度上就會出現誤動等一系列情況，增加系統的誤差，從而增加困難性。在高負序系統中的高次諧波電流會對負序電流產生不同的影響，這樣會導致出現誤動的情況，甚至是對聯動裝置帶來破壞，導致其如此可以正常穩定的工作，因此在實際工作中需要對其問題引起足夠的重視。

三、分析繼電保護裝置中應對諧波的措施

（一）對諧波振蕩過電壓形式進行限制

對于這種情況而言，具體可以從以下幾個方面進行入手分析，在零序回路中適當的增加阻尼，從而減少諧波的出現和擴大，之后在從途徑上去解決問題，不斷提高電力系統的容抗以及互感器的感抗，這樣就不會造成諧波振動參數，也是可以從設計思路上對問題進行解決，具體如下所示：一是通過在互感口加設阻尼電阻以此來減少諧波干擾，或者加消除諧波裝置。二是增加電力系統的對地電容，增加地容抗這樣也可以很大一部分抵擋諧波影響。三是在互感器高壓側中性點使用大電容接地。四是在電力系統的中性點使用消弧線圈接地。因此在設計和思路上，可以從多點進行出發分析，在充分考慮電力系統的可靠性以及穩定性的基礎上，也是可以從限制諧波產生，或者從設計途徑來解決問題，以此來達到良好效果。

（二）合理的加入濾波器

在電力系統之中，有效對諧波進行控制的方法便是合理的加入濾波器，這樣不僅僅可以有效抑制諧波的產生，也是可以抑制諧波的蔓延。此外電容以及電感和電阻組成的濾波電路稱為濾波器，它的作用在于，它可以把電路中的特定頻率以及線路進行有效的整合，從而對諧波進行到限制蔓延的作用，以達到消除工作。從現在來看，此階段，有一種濾波器能達到良好的效果，那便是數字濾波器，是和模濾波器相互作用，在電力系統中將其運行線路作為一個變量，對外界輸入信號進行相應的整合處理，使其可以更好地實現頻譜修改的作用，具有良好的控制諧波作用，因此在實際進行應用的過程中，需要引起相關人員足夠的重視。

（三）合理的改進系統，消除諧波限制

在電力系統中會中，將其電抗器和電容器相互的串聯到一起，這樣可以形成一個比較有效的回路，并且在這個回路上，是需要將其諧振頻率設定不一樣的震動點上，使其可以有效達到消除多次諧波的一個目的，因為這種方法的成本相對比較低，并且在實際進行操作的過程中也是較為簡單，市場需求大，這種方式被廣泛運用，許多高次諧波都是采用此方法。

總結：綜上所述，對于電力系統來說，諧波的產生有著一定的危害，對機電型繼電保護裝置、微機繼電保護等方面都有著一定的影響，有關人員需要從有源諧波治理、無源諧波治理等方面進行設計，從而減少諧波對電力系統的破壞，延長它們的使用壽命。此外通過采取適時改變電網運行方式，采用電容式電壓互感器，在保證保護速動性的前提下提高保護裝置的頻率自適應能力等措施消除或過濾間諧波，才能有效克服電網間諧波對繼電保護帶來的影響，提高保護動作的可靠性，并且還要能夠正確的區分電路的運行狀態，以此來避免外界的干擾，保證電力系統的穩定運行，這樣才是電力發展的主要趨勢。