有關諧波對繼電保護的影響分析與應對策略

吳詩雄

摘要：隨著我國社會經濟的日益發(fā)展與完善，無論在工業(yè)領域還是生活領域，對用電需求大幅度增加，而用電安全問題成為重要的課題。一旦發(fā)生大面積停電，不僅對工業(yè)正常運行造成影響，也不利于居民日常生活，甚至帶來一系列的社會不穩(wěn)定因素。因此，強化電網運行安全，更好地發(fā)揮繼電保護作用，至關重要。本文結合繼電保護中產生諧波的影響，對有效應對措施進行分析與探討。

關鍵詞：諧波 繼電保護 影響 應對

中圖分類號：TM77 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）10（b）-0108-01

近年來，我國電力電子技術、能量變換技術等穩(wěn)步發(fā)展，越來越多的非線性電力裝置已經投入使用，而這些電力裝置中，大多整流部分沿用傳統(tǒng)的可控硅相控整流技術或者二極管不控整流技術，它們將產生大量的無功功率及濾波，可能對電力系統(tǒng)的用電設備造成威脅，甚至引發(fā)事故，帶來不必要的經濟損失。尤其電力系統(tǒng)出現短路或者電氣設備處于非正常的運行狀態(tài)，就會增加諧波的含量?？梢?，諧波污染問題已成為當前必須重視的問題，對電力系統(tǒng)的繼電保護與安全運行產生直接影響，對電力系統(tǒng)安全運行造成威脅，只有采取有針對性地措施加以防范，才能更好地促進電力系統(tǒng)安全、可靠運行。

1 諧波對繼電保護的影響

1.1對靜態(tài)型繼電器產生的影響

在靜態(tài)保護作用下，采用的繼電器主要包括固體繼電器、靜態(tài)繼電器兩種類型。當前，靜態(tài)保護模式已經在諧波消除和抗干擾方面發(fā)揮積極作用，得以廣泛應用與認可。結合相位比較原理，經過比較的交流電量可分別通過微分比相器、積分比相器實現。由于存在諧波分量問題，因此比相器的正常運行受到影響；對于積分式比相器來說，各個半波積分比相器的對比、分析分別為負半周極相同時間與正半周極相同時間，如果兩個被比較的電量，其中一個的諧波分量比較多，而方波又被切割成若干碎塊，就會造成積分電壓與所需電壓值不相符，進而引發(fā)保護拒動問題。

對于微分式比相器來說，可以將交流電量都轉變?yōu)榉讲ǎ缓髮⑵渲幸粋€方波利用微分電路形成脈沖，與另外一個交流量方波對比，那么就可能由于存在諧波而產生諸多微分脈沖，增加了出現交流量過零點的可能性。如果處于相差保護狀態(tài)，那么發(fā)生短路之后形成直流分量，就可能和高次諧波分量造成疊加，進而增加保護誤動可能性。

1.2對整流型繼電器產生的影響

對于整流型繼電器運行來說，將若干輸入交流量進行組合，并實現整流過程；或者實現單一輸入交流量的整流，由整流之后的電流信號或者電壓信號、動作等作為重要依據，實現繼電器的有效動作。一般情況下，每間隔2個n/n就會產生凹點或者凸點，而含有的諧波越多，凹凸情況就越嚴重；例如，在阻抗繼電器中，如果諧波分量存在于電流回路中，那么動作特性體現為不規(guī)則的封閉曲線狀，并且曲線中存在諸多凹凸不平點。另外，如果輸電線路中出現接地短路問題，那么電流中含有諸多的諧波污染問題，整流型保護裝置就會出現拒動。出現這一問題，主要由于電流回路中含有諧波分量，環(huán)形整流比相器中輸出大量的交流分量，就會對繼電器的動作造成影響。

1.3對電磁型繼電器產生的影響

當諧波的含量在40%以下時，一般整定值的誤差不會超過10%以上；但是也要考慮到，繼電器主要根據電流或者基波實現整定，因此處于動態(tài)作用下，就可能產生較大影響。對于電流繼電器來說，如果存在諧波，就可能引發(fā)保護拒動問題。在電壓繼電器中，如果畸變電壓含有諧波并且在繼電器中應用，那么動作值就會大于基波整定值，進而造成電壓繼電器的誤動問題，如果繼電器中出現欠電壓問題，又可能出現誤動。例如：當處于投切空載變壓器的狀態(tài)下，諧波含量會增加，而勵磁涌流的高次諧波分量，則造成繼電器誤動作，進而引發(fā)斷路器跳閘問題。

1.4對感應型繼電器產生的影響

對于感應型繼電器來說，可動部分存在較大的慣性，動作的速度相對較慢，而諧波轉矩則對其產生較小的影響，在磁場作用下，繼電器中形成感應電流，電流就會與空間中的磁場形成相互作用，最終出現電磁轉矩，推動圓筒或者圓盤轉動。從實驗結果來看，如果輸入電流的頻率大幅度增加，那么起動繼電器的靈敏性受到影響，這主要由于諧波分量存在于畸變電流中，而繼電器的磁盤形成了附加轉矩。實際上，在諧波分量中形成的轉矩，既可以是正值也可以是負值，而繼電器既可能發(fā)生拒動，也可能發(fā)生誤動；結合同次頻率諧波之間的相位差、諧波分量等實際情況，產生不同的效果。

2 應對諧波的有效策略

如果電力系統(tǒng)中存在大量的諧波，就可能引發(fā)繼電保護裝置的拒動或誤動；因此，加強對諧波的治理措施，確保電力系統(tǒng)運行可靠性，具有一定現實意義。有關諧波問題的抑制，需要確保電力系統(tǒng)的各種用電設備諧波處于可控范圍之內，如采取無功補償器、有源濾波器或者用電設備的整流作用等，都可以有效抑制諧波問題。因此，加強對諧波的控制，減少對繼電保護裝置的影響，可考慮以下方法。

（1）在繼電保護裝置中，不使用可能受到諧波影響的元器件或動作原理，如比相判斷、弱點繼電器等。

（2）在電力二次系統(tǒng)中，諧波感抗與容抗之間可能形成諧振，那么系統(tǒng)中的固有頻率應該與帶有諧波的頻帶率保持距離。

（3）在繼電保護系統(tǒng)中，增設軟件濾波器與硬件濾波器，尤其加強對采樣二次側信號的處理，避免諧波干擾問題。

由上可見，隨著電力電子技術的廣泛應用，給配電系統(tǒng)中帶來了復雜的諧波污染問題，尤其威脅繼電保護系統(tǒng)的可靠性運行。因此，在現有技術的基礎上，加強繼電保護動作性能的優(yōu)化，提高諧波區(qū)分的能力水平，爭取將諧波對繼電保護的影響降到最低。

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