淺析電力系統(tǒng)諧波對繼電保護(hù)的影響

劉曉寅

摘 要：現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展對電力系統(tǒng)提出了更高要求，尤其是新型電氣設(shè)備的出現(xiàn)使得電力系統(tǒng)諧波問題日益嚴(yán)重，由于諧波對電力系統(tǒng)安全運(yùn)行有很大影響。因此，需要研究電力系統(tǒng)諧波對繼電保護(hù)的影響，以便采取合理措施加以預(yù)防。為此，文章將從諧波基本情況入手，結(jié)合導(dǎo)致諧波出現(xiàn)的原因，研究諧波對繼電保護(hù)會(huì)產(chǎn)生哪些影響。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；諧波；繼電保護(hù)

前言

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶動(dòng)了電子技術(shù)發(fā)展，很多工業(yè)企業(yè)將可控硅整流裝置與換流逆變設(shè)備應(yīng)用其中，致使電力系統(tǒng)波形發(fā)生畸變，從而衍生出諧波，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)安全運(yùn)行，特別是對電力設(shè)備危害較大，降低了電能質(zhì)量。為減少諧波對電力系統(tǒng)的破壞，促使電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行，研究諧波所帶來的負(fù)面影響，以便有針對性的采取措施加以解決。

1 諧波的概述

諧波（HW）最早出現(xiàn)與聲學(xué)領(lǐng)域，從國際電工定義中可以得知，它屬于周期性電氣量正弦波分量，它的頻率是基波的整數(shù)倍。對于發(fā)生畸變波形的研究以傅里葉變換最有代表性。在傅里葉變換中，對于其周期電流的畸變與電壓波形展開以后可以得到以下公式：

其中：IK和VK所代表的是第h次是諧波電流的有效值，而？茲k和 ？漬k代表的是第h次是諧波電流的相位，wo代表是基波角頻率，K所表示是的最高次諧波階數(shù)。

2 電力系統(tǒng)中導(dǎo)致諧波出現(xiàn)的原因

諧波并不是存在于所有的電力系統(tǒng)中，而是在電氣化鐵路、汽車充電站的設(shè)備中出現(xiàn)較多。在電力系統(tǒng)用戶中，電氣化鐵路屬于一個(gè)特殊群體，它的負(fù)荷情況與其他不同，存在一定的非線性與不對稱性，總體波動(dòng)較大。當(dāng)機(jī)車處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)明顯的非線性，并將大量諧波電流注入到電力系統(tǒng)中，成為電力系統(tǒng)中最大的諧波源，再加上機(jī)車經(jīng)常需要開停，這樣一來就會(huì)提升有功沖擊能力，使電力系統(tǒng)出現(xiàn)電壓波動(dòng)甚至閃變情況。之所以會(huì)在電力系統(tǒng)中出現(xiàn)諧波，主要在于可控硅整流設(shè)備，該設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行中整體情況并不理想，尤其是并不為零，這樣就降低了平波電抗器的能力，導(dǎo)致輸出的電流帶有脈動(dòng)，三相交流系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)對稱，這樣就使諧波出現(xiàn)。

3 電力系統(tǒng)諧波對繼電保護(hù)的影響

3.1 對電磁型繼電器的影響

在HW的含量在40%以下時(shí)，諧波整定值誤差通常都在10%以下，但由于繼電保護(hù)裝置通常要按電流或基波電壓進(jìn)行整定。因此，在分靜態(tài)的作用下就會(huì)對諧波產(chǎn)生一定影響[1]。當(dāng)諧波出現(xiàn)時(shí)，將會(huì)引發(fā)電流繼電器保護(hù)拒動(dòng)，一旦繼電器處于諧波畸變電壓作用，其基波的整定值就會(huì)比動(dòng)作值低很多，這樣一來就會(huì)出現(xiàn)過電壓器拒動(dòng)情況，導(dǎo)致誤動(dòng)作出現(xiàn)。如果在此時(shí)投切空載變壓器，也會(huì)出現(xiàn)較高的諧波勵(lì)磁通流，致使繼電器發(fā)生誤動(dòng)，出現(xiàn)斷路器并發(fā)生跳閘情況。

3.2 對感應(yīng)型繼電器的影響

當(dāng)感應(yīng)型繼電器處于磁場環(huán)境中，其中的圓筒就會(huì)受到感應(yīng)電流影響，同時(shí)感應(yīng)電流將與設(shè)備另一磁場發(fā)生作用，導(dǎo)致電磁轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)，這時(shí)感應(yīng)型繼電器中的圓筒就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)起來，由于這種繼電器可以變動(dòng)的部分慣性較大，但速度較慢，使得諧波轉(zhuǎn)矩對其影響也很小。據(jù)權(quán)威人士介紹，那些受到畸變電力影響的諧波對繼電器轉(zhuǎn)矩影響較大，繼電器的啟動(dòng)靈活性也會(huì)隨著降低，這主要是由于受到了畸變電流的影響，降低了其轉(zhuǎn)矩能力[2]。同時(shí)，由于諧波電流分量不僅有正值轉(zhuǎn)矩，還有負(fù)值轉(zhuǎn)矩，這樣一來就使繼電器很容易出現(xiàn)誤動(dòng)作。與此同時(shí)，諧波分量有效值和諧波相位差也會(huì)對著一結(jié)果產(chǎn)生影響。此外，由于繼電器受到諧波影響，還會(huì)導(dǎo)致過零點(diǎn)數(shù)目增加，致使繼電器實(shí)際作用時(shí)間比規(guī)定時(shí)間小很多（如圖1所示）。隨著完整波數(shù)量的不斷增多，繼電器作用點(diǎn)出現(xiàn)錯(cuò)誤的機(jī)率也會(huì)隨之增加。因此，在設(shè)計(jì)階段應(yīng)給予足夠重視。

圖1 在同時(shí)間中含有諧波的波形過零點(diǎn)示意圖

3.3 對整流型繼電器的影響

對于整流型繼電器而言，主要有以下特點(diǎn)：在這一過程中基本是將交流領(lǐng)組合在一起實(shí)現(xiàn)整流目標(biāo)，或?qū)ζ渲械囊粋€(gè)交流量整流。經(jīng)過整流的電壓信號和動(dòng)作通常會(huì)影響到繼電器動(dòng)作性質(zhì)[3]。一般以兩個(gè)電氣量為例，在一個(gè)電流回路中代用諧波分量，那么它的動(dòng)作特性就會(huì)不再以圓形出現(xiàn)，而是以不規(guī)則封閉曲線呈現(xiàn)出來，同時(shí)在曲線中帶有很多凹凸點(diǎn)。如當(dāng)輸電線路出現(xiàn)短路情況以后，電流中的諧波分量就會(huì)逐漸增大，整流型保護(hù)裝置也會(huì)出現(xiàn)拒動(dòng)情況。之所以會(huì)出現(xiàn)這種情況，主要在于電流回路中進(jìn)入了諧波分量，導(dǎo)致環(huán)形整流分量增大，正也會(huì)使繼電器動(dòng)作受到很大影響。所以，在繼電器設(shè)計(jì)階段一定要將諧波納入影響范疇。

3.4 對靜態(tài)型繼電器的影響

在靜態(tài)保護(hù)中一般都將靜態(tài)繼電器也固態(tài)繼電器作為主要繼電設(shè)備，并將無機(jī)械運(yùn)動(dòng)作為主要電子器構(gòu)件，能夠消除諧波所帶來的不良影響，引起具有這樣的特性使得靜態(tài)保護(hù)成為人們關(guān)注重點(diǎn)。在靜態(tài)型繼電器保護(hù)中有兩種交流電量，在比較時(shí)可以用比相器來完成。如在研究相差保護(hù)時(shí)，若發(fā)生短路情況就會(huì)導(dǎo)致直流分量出現(xiàn)，同時(shí)高次諧波也會(huì)出現(xiàn)，這樣一來很容易出現(xiàn)保護(hù)誤動(dòng)作。

4 消除電力系統(tǒng)中諧波的最有效辦法

首先，監(jiān)測與分析諧波，構(gòu)建完善的電網(wǎng)諧波檢測系統(tǒng)，特別是要做好高含量諧波系統(tǒng)的繼電保護(hù)工作，實(shí)時(shí)了解系統(tǒng)中諧波與潮流分布情況[4]。其次，將濾波器安裝在內(nèi)，如可以將有源電力濾波器安裝在內(nèi)，并以動(dòng)態(tài)形式抑制諧波，補(bǔ)償無功新型電力電子裝置，這一裝置安裝以后，就能根據(jù)諧波情況進(jìn)行補(bǔ)償，尤其是能夠檢測出其中的基波分量，減少電網(wǎng)阻抗，降低諧波對電力系統(tǒng)的危害。最后，使用高功率因數(shù)整流設(shè)備，并對其進(jìn)行改造，使其不產(chǎn)生諧波，確保其電流與電壓處于相同相位。但這種方法只能應(yīng)用于設(shè)備設(shè)計(jì)階段，也只有這樣才能使諧波得到更好的抑制。

5 結(jié)束語

諧波對電力系統(tǒng)繼電保護(hù)有很大危害，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，限制電力系統(tǒng)應(yīng)有作用的發(fā)揮，給電力企業(yè)和用電用戶都或帶來很大影響。因此，需要根據(jù)實(shí)際情況采取措施加以解決。

參考文獻(xiàn)

[1]楊蜀.電力系統(tǒng)諧波對繼電保護(hù)的影響分析及應(yīng)對措施[J].機(jī)電信息，2013，21：24-25.

[2]李大軍.淺析電力系統(tǒng)諧波對繼電保護(hù)產(chǎn)生的影響及防范措施[J].機(jī)電信息，2012，33：18-19.

[3]陳震.有關(guān)電力系統(tǒng)諧波對繼電保護(hù)的影響分析[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2012，24：75-76.

[4]謝鵬.電力系統(tǒng)中諧波對繼電保護(hù)的影響[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2011，21：54-56.