電力系統(tǒng)諧波對繼電保護(hù)的影響分析

王興興

摘 要：隨著供電系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)模的不斷發(fā)展，其中諧波電流的數(shù)量也呈現(xiàn)出不斷增長的發(fā)展趨勢。由于供電系統(tǒng)中諧波電流量的增加，電氣設(shè)備也受到不同程度的影響，特別是對于繼電保護(hù)設(shè)備而言，諧波電流的出現(xiàn)會對其產(chǎn)生不利影響。因此，深入分析供電系統(tǒng)中諧波電流對繼電保護(hù)裝置的影響，并制定相關(guān)解決方案。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);諧波;繼電保護(hù)

在科學(xué)技術(shù)和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶動下，電力行業(yè)也迅猛發(fā)展，電力系統(tǒng)較之以往更加發(fā)達(dá)完善。而在這之中存在的諧波問題具有很大的負(fù)面影響，不利于保證電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的安全有效性。應(yīng)對這種諧波造成的影響，必須在詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上采取適當(dāng)措施進(jìn)行解決。

一、諧波和繼電保護(hù)概述

根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)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(shù)）。近年來學(xué)者對于諧波的研究越來越多，其中一些學(xué)者在分?jǐn)?shù)諧波中納入非基波整數(shù)倍的頻率， 卻在次諧波中納入工頻以下的頻率。實(shí)際當(dāng)中主要是諧波影響繼電保護(hù)，諧波產(chǎn)生于電力系統(tǒng)中，是在電力系統(tǒng)連接電氣化汽車、辦公電子設(shè)備、電弧設(shè)備、非線性負(fù)載等非線性負(fù)荷過程中產(chǎn)生的，進(jìn)而影響了系統(tǒng)的正常電壓、電流，最終形成較高的諧波。而在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生諧波后就會威脅經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行、電力系統(tǒng)安全性、電能質(zhì)量水平。所以，當(dāng)前電力系統(tǒng)運(yùn)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(hù)的影響

實(shí)際當(dāng)中繼電保護(hù)裝置的性能和效果會受到電力系統(tǒng)諧波的影響，進(jìn)而出現(xiàn)下降、拒動、誤動等現(xiàn)象。但是不同繼電保護(hù)裝置受到諧波的影響會隨著自身工作原理、運(yùn)行性能的改變而改變。

2.1 靜態(tài)型機(jī)電設(shè)備受到的影響

在靜態(tài)保護(hù)裝置中繼電器包括兩種模式， 分別為固態(tài)繼電器和靜態(tài)繼電器。實(shí)際當(dāng)中靜態(tài)保護(hù)裝置的抵抗諧波干擾效果好，所以受到關(guān)注更多。根據(jù)相位比較原理，微分比相器和積分比相器表現(xiàn)于兩個交流電量的比較。實(shí)際當(dāng)中諧波分量是客觀存在的，所以會影響比相器的正常運(yùn)行。兩個電量進(jìn)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(jìn)行切割， 觸發(fā)器此時由于電壓不滿足預(yù)期電壓要求所以不會翻轉(zhuǎn)。而兩個電流在微分式比相器中分別轉(zhuǎn)化成方波，通過微分電路變成脈沖， 對比另一個交流量產(chǎn)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(chǎn)生，保護(hù)裝置也可能在加大交流量的過零點(diǎn)現(xiàn)象作用下產(chǎn)生誤動作。比如，在相差保護(hù)過程中有短路現(xiàn)象發(fā)生，那么就會產(chǎn)生直流電量并疊加與諧波分量， 進(jìn)而使得保護(hù)裝置在半波比相器輸出反應(yīng)的作用下產(chǎn)生誤動。

2.2 整流型機(jī)電設(shè)備受到的影響

整流輸入交流電是整流型機(jī)電設(shè)備的重要特征， 還有一部分整流型設(shè)備先通過組合若干個輸入的交流量實(shí)現(xiàn)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(huán)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(guī)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(fù)雜的凹凸點(diǎn)。對其分析不難發(fā)現(xiàn)，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(huán)形整流比相器中的輸出量，進(jìn)而影響繼電器的動作。此外，當(dāng)輸電線路存在短路時，諧波分量就會增加，進(jìn)而影響整流型保護(hù)裝置并出現(xiàn)拒動。此時進(jìn)行繼電保護(hù)裝飾的設(shè)計，就應(yīng)當(dāng)予以諧波問題充分的考慮。

2.3 電磁型機(jī)電設(shè)備受到的影響

實(shí)際當(dāng)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(shè)置繼電保護(hù)裝置的基礎(chǔ)，所以動態(tài)作用下的影響不會太大。電流繼電設(shè)備在存在諧波時會發(fā)生誤動， 但是電壓機(jī)電設(shè)備的動作值比基波發(fā)生時的整定值大，所以此時產(chǎn)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(fā)生誤動，斷路器就會因此跳閘。

2.4 感應(yīng)型機(jī)電設(shè)備受到的影響

感應(yīng)型繼電保護(hù)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(zhuǎn)矩的作用機(jī)會被削弱，產(chǎn)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(chǎn)生的電流，受到另一個磁場的作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩， 圓盤或圓筒在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下發(fā)生旋轉(zhuǎn)。實(shí)際當(dāng)中如果將頻率為50～200Hz 輸入到電力系統(tǒng)中，那么會嚴(yán)重的影響繼電器的靈敏度，主要原因是繼電設(shè)備的磁盤在畸變電流中諧波分量的作用下有附加轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生，并且等于電流中的諧波分量、基波分量等轉(zhuǎn)矩總和，而諧波分量的值包括整數(shù)和負(fù)數(shù)。所以，誤動和拒動現(xiàn)象就有可能出現(xiàn)在繼電保護(hù)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(fā)后果的大小。

三、防范繼電器保護(hù)的策略

實(shí)際電力系統(tǒng)運(yùn)行中繼電保護(hù)裝置誤動作或拒動作現(xiàn)象發(fā)生的概率，隨著諧波含量的增加而增加，一旦發(fā)生誤動或者拒動那么電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性就會受到影響。所以，電力企業(yè)應(yīng)當(dāng)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(yīng)當(dāng)根據(jù)我國相關(guān)規(guī)定對電力系統(tǒng)中所有用電設(shè)備的諧波進(jìn)行控制，有效避免設(shè)備拒動和誤動的產(chǎn)生。如果有無功補(bǔ)償器、無源濾波器、有源濾波器等設(shè)備，應(yīng)當(dāng)用于控制諧波量，使得諧波產(chǎn)生的影響能夠降到最低。實(shí)際當(dāng)中電力企業(yè)可以參照以下方法：①給予電力系統(tǒng)諧波控制充分的重視，在進(jìn)行繼電器的選擇時應(yīng)當(dāng)充分考慮元器件受諧波的影響程度， 根據(jù)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(diǎn)檢測。②為了有效實(shí)現(xiàn)變壓器差動保護(hù)作用，應(yīng)當(dāng)選擇變流和速飽設(shè)備作為繼電器， 制動方法則應(yīng)當(dāng)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(tǒng)中極易產(chǎn)生諧振， 所以應(yīng)當(dāng)將諧波含量較低的頻率帶從系統(tǒng)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(shè)備濾波處理繼電保護(hù)設(shè)備中的信號， 這也能夠?qū)⒅C波干擾控制在一定范圍內(nèi)。

四、結(jié)束語

電力系統(tǒng)諧波對繼電保護(hù)產(chǎn)生的負(fù)面影響是比較大的，相關(guān)部門及技術(shù)人員應(yīng)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(tǒng)未來的發(fā)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(jìn)，加強(qiáng)對這個問題的研究并發(fā)展相關(guān)技術(shù)措施，重點(diǎn)關(guān)注受諧波影響較大的繼電保護(hù)設(shè)備，才能促使電力系統(tǒng)的發(fā)展更加安全。

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