諧波對繼電保護的影響與應(yīng)對策略
2012-12-31 00:00:00劉崇玲
【摘要】為了提高電網(wǎng)運行的安全性與穩(wěn)定性，本文主要針對諧波的產(chǎn)生、諧波的危害進行了簡單分析，提出了諧波對繼電保護的影響，探討了應(yīng)對諧波對繼電保護的影響的策略。
【關(guān)鍵詞】諧波；繼電保護；影響；應(yīng)對策略
目前，越來越多的電子設(shè)備投入到配電系統(tǒng)中，使得系統(tǒng)運行效率大大降低，尤其是諧波的產(chǎn)生，其影響更大，這些問題引起了人們的高度重視。因此，對諧波對繼電保護的影響與應(yīng)對策略的探討有其必要性。
1.諧波的產(chǎn)生
一般而言，在電力系統(tǒng)中，諧波產(chǎn)生的主要原因就是由于非線性原因所導(dǎo)致的，若負荷是線性時，如純阻性負荷，那么電流波形與電壓相同。但如果負荷中存在非線性的負荷 ，就會造成電流或電壓的波形不規(guī)則，既造成了諧波。通常情況下，通過以下公式來表示關(guān)于諧波與電流信號的關(guān)系：
k =1的分量為基波，
k =2的分量為二次諧波，
k=n的分量為n次諧波，
其中，k為奇數(shù)的分量為奇次諧波，k為偶數(shù)的分量為偶次諧波。
2.諧波對繼電保護的影響及危害
諧波是電力網(wǎng)中的一種污染，會導(dǎo)致電機發(fā)熱產(chǎn)生故障、電力保護誤動作、電腦通訊設(shè)備受干擾等等，所以其所造成的影響和危害也是很大的，大體主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
2.1對用電設(shè)備的影響
用電設(shè)備在諧波的作用下，絕緣部分會發(fā)生老化，進而也就縮短了它的壽命，同時，還要降低測量儀器的準確性，進而引導(dǎo)自動裝置的誤操作和保護裝置，一般來講，電力系統(tǒng)的諧波含量在10%-40%以上，主要影響到的設(shè)備有旋轉(zhuǎn)電動機鐵芯設(shè)備、并聯(lián)電容器、斷路器、電子設(shè)備、繼電器保護、通信線路、電纜線路，可以說，諧波對所有用電設(shè)備都會有影響，降低設(shè)備使用壽命、造成繼電保護設(shè)備誤動作、使設(shè)備過熱、干擾電子設(shè)備等等。
2.2噪聲污染
諧波的產(chǎn)生會使得電力系統(tǒng)中的用電設(shè)備發(fā)生振動或者是噪聲，諧波電流的頻率與轉(zhuǎn)子部件的固有頻率相相近時，就必然會產(chǎn)生振動，同時伴隨著很大的噪聲。
2.3污染電網(wǎng)
在電網(wǎng)中，諧波如果過于嚴重，除了會影響到用電設(shè)備的正常工作以外，甚至于還會引發(fā)用電故障，進而會對公用電網(wǎng)注入更多的電流，使得電網(wǎng)發(fā)熱、超載，導(dǎo)致電力系統(tǒng)無法正常輸送，嚴重時，還會引起火災(zāi)。
2.4影響變壓器的正常工作
在電力系統(tǒng)中，變壓器呈現(xiàn)三角形連接，一旦有電流侵入，就會形成環(huán)行電流，尤其是對于3次諧波電流，最終導(dǎo)致中性線發(fā)熱，從而影響了繼電保護的可靠性。
3.繼電保護的重要性
在繼電保護中，主保護主要包括比例差動、差動速斷、零序比例差動、工頻變化量比例差動；后備保護，主要是相間阻抗、過流保護、阻抗退出過流保護、零序過流、過激磁、啟動冷卻器、過負荷、零序過壓等，其中，相間阻抗就是指正向、反向阻抗可整定，可經(jīng)過振蕩閉鎖，而過流保護可經(jīng)過復(fù)合電壓閉鎖，阻抗退出過流保護是由TV斷線引起的阻抗退出后投入；零序過流是I、II段可經(jīng)方向和二次諧波閉鎖；過激磁具有反時限過激磁功能；等，這些都保證電力系統(tǒng)正常運行的根本。一旦電網(wǎng)中的電力設(shè)備發(fā)生故障，繼電保護就可以通過自行啟動，維持電網(wǎng)的穩(wěn)定、安全運行。
4.諧波對繼電保護的影響
4.1對繼電器的影響
由于繼電器是按基波電壓或電流整定的，那么在分靜態(tài)的狀況下，一定會影響到諧波，當(dāng)諧波的含量在40%以內(nèi)時，電流繼電器就會產(chǎn)生拒動，造成電壓繼電器整定值降低，進而繼電器就會產(chǎn)生拒動；若是較高的諧波電流通過時，繼電器則會誤動，那么斷路器就會立即跳閘。
4.2對感應(yīng)繼電器的影響
感應(yīng)繼電器在磁場的作用下，會產(chǎn)生感應(yīng)電流，當(dāng)這一電流與電力設(shè)備中的另一磁場發(fā)生作用，就會產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，此時圓盤和圓筒就會發(fā)生轉(zhuǎn)動，若是呈現(xiàn)非線性負載，即會使得大量電能消耗，而且還會導(dǎo)致高次諧波產(chǎn)生，進而電力系統(tǒng)中的電流波形、電壓波形都發(fā)生畸變，功率因素也隨之降低，自然就會產(chǎn)生噪聲、振動以及電氣設(shè)備過熱的現(xiàn)象。
另外，諧波電流分量產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩可正可負，因而，繼電器可能產(chǎn)生誤動也可能產(chǎn)生拒動，其后果由各同次頻率諧波間的相位差以及諧波分量的有效值而定。在運行時，電力系統(tǒng)的局部在諧波的影響下，不論是串聯(lián)諧振，還是并聯(lián)諧振，諧波的分量都會不斷放大，電容器及設(shè)備極易燒毀，這樣，自動保護裝置和繼電保護就會發(fā)生誤動作，電能計量也呈現(xiàn)一片混亂的現(xiàn)象，造成斷晶、錯位的現(xiàn)象，進而引起跳閘，最終影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和電力安全。
5.諧波對繼電保護影響的應(yīng)對措施
為了提高電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性，提高電網(wǎng)運行效率，減少諧波對電網(wǎng)造成的影響，保證電網(wǎng)的安全性，本文主要提出了以下保護措施：
首先，繼電保護裝置要盡量不用受諧波影響大運用原理以及電氣元件，如比相判斷、過零點檢測、弱電繼電器；在變壓器差動保護中，可以采用二次諧波的方式進行飽和變流器對繼電器加強保護；同時，在二次系統(tǒng)中，由于容抗和感抗的存在，可能會產(chǎn)生諧振，所以，系統(tǒng)中的固有頻率，要遠離較高含量的頻率帶，可以消除諧振所產(chǎn)生的過電壓，進而提高繼電器的可靠性。
其次，在繼電保護系統(tǒng)中，可以設(shè)計軟件濾波器和硬件濾波器，一種是用濾波器，包括：有源濾波器、無源濾波器，通過對濾波的有效處理，將諧波產(chǎn)生的干擾消除，這也是目前電力系統(tǒng)中常用來消除諧波的方式，在實施中，具體方法如下：其一，源濾波器，也稱為主動式濾波器，其主要原理是通過產(chǎn)生于諧波方向相反，大小相等的諧波電流，來抵消系統(tǒng)中的諧波。其濾波器效果廣，但是成本較高；其二，無源濾波器，也稱為被動式濾波器，其主要原理是通過電容器與濾波電抗器串聯(lián)在一起，在諧波頻率下形成一個低阻抗回路，用來吸收該頻率的諧波，從而達到降低系統(tǒng)諧波的功能。無源濾波器也就是電容器的補償方式，但是無源濾波器的使用范圍較窄，只能濾除單一階次的諧波，因此，在實際應(yīng)用中，一定要根據(jù)實際情況進行合理的選擇。
第三，對產(chǎn)生諧波的設(shè)備的電源加裝功率因數(shù)調(diào)節(jié)模塊，為此，需要在設(shè)備制造時，就應(yīng)該考慮到這個問題，進而從根本上解決諧波問題，進行控制電網(wǎng)的諧波污染嚴重的現(xiàn)象。
第四，在電力系統(tǒng)中，安裝諧波治理裝置，減少對電焊機的損壞，這是因為電力設(shè)備之間可能互相干擾，通過這種方法，來提高電力設(shè)備工作的穩(wěn)定性，也可以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，減少因諧波帶來的電能損失等等，在實際應(yīng)用中，可以將諧波治理裝置和補償裝置一起安裝，從而有效控制諧波的影響。
第五，做好諧波分析，利用AD卡獲得電流數(shù)據(jù)，通過傅立葉變換獲得各次諧波的參數(shù)，在通過數(shù)據(jù)處理給出結(jié)果，消除諧波的影響，但是電抗器的計算和現(xiàn)場諧波測試比較復(fù)雜，而且只對固定負載有用，若負載出現(xiàn)波動，其濾波效果就會大打折扣，為此，必須要以實際運行為標(biāo)準，對所有的參數(shù)進行分析，對諧波造成的功率因數(shù)下降給予補償，從而提高電網(wǎng)運行效率。
6.總結(jié)
總而言之，要想保證電力系統(tǒng)的有效運行，提高電網(wǎng)的運行效率，就要正確認識到諧波的產(chǎn)生以及危害性，通過對諧波對電力系統(tǒng)影響的分析，提出有效的解決措施，盡可能地控制配電系統(tǒng)中的一切變動。
【參考文獻】
[1]李貴軍.供電系統(tǒng)的繼電保護探討[J].中國電力企業(yè)管理，2011，（10）.
[2]華艷紅，劉榮利.微機型繼電保護裝置的變壓器差動保護[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2012，（04）.
[3]戚藝明.繼電保護故障處理方法的探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2012，（10）.
[4]勞海軍.電力系統(tǒng)繼電保護裝置運行可靠性探討[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2012，（02）.
[5]崔雨晴，王瀟洋，章建明，楊凡弟，王文凱，蘇再卿.電力系統(tǒng)繼電保護發(fā)展探究[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2012.（03）.
