關(guān)于電力系統(tǒng)諧波對繼電保護的影響研究

肖漢清/重慶電力建設(shè)總公司

關(guān)于電力系統(tǒng)諧波對繼電保護的影響研究

肖漢清/重慶電力建設(shè)總公司

文章首先簡述了諧波分析，然后分析了電力系統(tǒng)中供電諧波對繼電保護的影響，最后重點探討了電力系統(tǒng)諧波對繼電保護預(yù)防措施。

電力系統(tǒng)；繼電保護；影響；應(yīng)對措施

前言

隨著我國經(jīng)濟和電力的迅速發(fā)展，居民對電能的需求與日俱增，繼電保護設(shè)備是電力系統(tǒng)中一個重要的組成部分，繼電保護技術(shù)得到了足夠的重視，各種諧波分量的存在危害了電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，因此加強對諧波對繼電保護的影響的研究具有重要意義。

一、諧波分析

（一）電力系統(tǒng)中的諧波

根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)電工定義，諧波是一個周期電氣量的正弦波分量，諧波的頻率是基波的整數(shù)倍?，F(xiàn)階段，由于大量得分線性負(fù)荷接入電力系統(tǒng)，在設(shè)備與電網(wǎng)連接后，系統(tǒng)中的電流、電壓會出現(xiàn)高次諧波，這些諧波會降低電能的質(zhì)量，嚴(yán)重的會威脅到電力系統(tǒng)的安全和運行，是目前電力系統(tǒng)的公害之一。

（二）電力系統(tǒng)中諧波的危害

由于電力系統(tǒng)中的諧波對電力系統(tǒng)而言，其危害比較嚴(yán)重，綜合起來主要包括以下幾個方面：第一，對電網(wǎng)的整體質(zhì)量產(chǎn)生影響；第二，嚴(yán)重危害電力設(shè)備的使用；第三，影響電力設(shè)備的正常運行；第四，干擾弱電系統(tǒng)的設(shè)備的正常運行。

（三）繼電保護的作用

如果電網(wǎng)中的變壓器、發(fā)電機及輸電線路等電氣設(shè)備發(fā)生故障，系統(tǒng)就會自動啟動繼電保護裝置。如果故障是由于設(shè)備短暫出現(xiàn)問題，那么繼電保護裝置會對故障進行切除，然后閉合繼續(xù)供電，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定、完全運行；要是設(shè)備故障是由于設(shè)備持續(xù)出現(xiàn)問題，那么繼電保護裝置應(yīng)該在切除故障之后，采取有效的措施繼續(xù)供電，這樣就能保證電網(wǎng)的穩(wěn)定、安全運行。所以，在電力系統(tǒng)及電力設(shè)備安全運行方面，繼電保護裝置的作用非常重要。

二、電力系統(tǒng)中供電諧波對繼電保護的影響

（一）影響電磁型繼電器

如果諧波的含量低于百分之四十時，那么諧波的整定值出現(xiàn)的誤差就將低于百分之十，然而，由于繼電保護裝置的整定是根據(jù)基波電壓或者電流進行的，因此在分靜態(tài)狀況下必然會對諧波造成一定的影響。諧波存在的時候，就會造成電流繼電器出現(xiàn)保護拒動現(xiàn)象，如果繼電器被含有諧波的電壓作用時，那么電壓繼電器整定值要比其動作值低很多，所以就會引起電壓器的拒動。

（二）影響感應(yīng)型繼電器

受磁場作用的影響，在感應(yīng)型繼電器的圓盤或者圓筒內(nèi)會出現(xiàn)感應(yīng)電流，感應(yīng)電流會與設(shè)備中的磁場產(chǎn)生相互會見的作用，進而出現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩，造成圓盤或者圓筒轉(zhuǎn)動。感應(yīng)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(zhuǎn)矩對其造成的影響不是很大。根據(jù)電力專家的測算，由于諧波產(chǎn)生的畸變電流中諧波分量會在繼電器磁盤內(nèi)產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩，很大程度上對繼電器的靈敏度產(chǎn)生影響，主要原因在于畸變電流在繼電器磁盤上造成的轉(zhuǎn)矩值與電流中各次諧波分量產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與基波分量之和是相等的。因為諧波電流分量造成的轉(zhuǎn)矩值有正有負(fù)，所以繼電器有可能產(chǎn)生誤動，也有可能產(chǎn)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。

（三）影響整流型繼電器

諧波對整流型繼電器也會產(chǎn)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(jù)，決定繼電器的動作。通常相隔兩個∏/n時有凸點或凹點出現(xiàn)，如果諧波含量越大，那么凹凸的情況就越明顯。例如：假設(shè)兩個電氣量的環(huán)形整流比相器回路構(gòu)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(guī)則的圓形變?yōu)椴灰?guī)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(xiàn)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(xiàn)拒動。

（四）影響靜態(tài)性繼電器

在靜態(tài)保護中，主要采用靜態(tài)繼電器和固態(tài)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(guān)注的保護裝置。根據(jù)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(xiàn)。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(fù)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(fā)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(zhuǎn)換為方波，然后將其中之一通過微分電路使其產(chǎn)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(xiàn)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(xiàn)保護誤動的現(xiàn)象。

三、預(yù)防措施分析

（一）諧波抑制措施

目前，在諧波處理上通常采用兩種方法:一是采取措施減少電力電子設(shè)備自身產(chǎn)生的諧波;二是增設(shè)濾波裝置濾除電網(wǎng)中的諧波。對于第一種方法，一般采用的是多脈動整流方法，是按一定的規(guī)律將兩個或多個(通常為偶數(shù)個)變流器進行組合，通過移相變壓器對電網(wǎng)電壓進行移相，使得各個整流橋輸入電壓存在一定的相位差，從而獲得整流負(fù)載電流之間的相位差，不同相位差的整流負(fù)載電流在電網(wǎng)側(cè)的疊加，可以使某些次諧波相互削弱或抵消，從而實現(xiàn)電網(wǎng)側(cè)電流的正弦化矯正。

對于諧波抑制的第二種方法，在工程中裝設(shè)的濾波裝置包括無源濾波器和有源濾波器，無源濾波器價格相對低廉，采用電容C和電感L元件組成濾波電路，在諧振頻率下合成阻抗為零，迫使該次諧波電流流向濾波支路，不能傳播到電網(wǎng)造成危害，但是其濾波效果有限;有源濾波器在工程應(yīng)用時要備有諧波發(fā)生源和大功率晶閘管元器件，還要配有跟蹤控制和脈寬調(diào)制系統(tǒng)，其濾波效能優(yōu)越，但成本稍高。

（二）改進繼電保護的措施

對于改進繼電保護主要由兩方面的措施:輔助措施和自主措施。如選擇輔助措施，可采用配電系統(tǒng)中自帶的頻率測試儀對諧波頻率進行測試，以輔助繼電保護裝置對電壓、電流進行測量和值的比較;也可以以使保護中的輸入信號正常為目的，增加濾波裝置;也可以以使繼電保護裝置只反應(yīng)突變量，且僅反應(yīng)突變量為目的，接入一個微分電路于繼電保護裝置的執(zhí)行元件前，也就是說，使用反映增量的裝置;或者加裝諧波閉鎖環(huán)節(jié)于配電系統(tǒng)中的各類保護間。對于自主措施，是以繼電保護裝置自身為基礎(chǔ)，通過對繼電保護裝置的動作整定值進行合理設(shè)定，以使繼電保護裝置的動作正確、可靠。

四、結(jié)束語

總之，諧波對電力系統(tǒng)中的繼電保護造成的影響非常的大，因此我們在實踐中，應(yīng)有效地保證繼電保護系統(tǒng)的安全運行，對出現(xiàn)的故障應(yīng)采取有效的措施時進行解決，從而促進電力系統(tǒng)的正常運作。

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