電力系統(tǒng)諧波對繼電保護的影響

張新 李衛(wèi)華

摘要：繼電保護裝置是保護電路安全穩(wěn)定運行的重要組成部分，而在繼電保護裝置作業(yè)同時產(chǎn)生的諧波是不可避免的，對于影響到系統(tǒng)運作的諧波，工作人員必須進行系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析，最終選擇合理的措施消除諧波，保障電力運作正常。本文對電力系統(tǒng)諧波對繼電保護的影響進行了探討。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；諧波；繼電保護；影響；對策

諧波對繼電保護的影響很大，如何更好地減小諧波對繼電保護的干擾，繼而維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運行是繼電保護工作者的一項值得研究的課題。同時，通過繼電保護自動裝置，加強對諧波的監(jiān)測從而減小諧波對電力系統(tǒng)的污染也是力公司的一項迫切任務(wù)。

一、電力系統(tǒng)諧波對繼電保護的影響

在電力系統(tǒng)中，當(dāng)繼電器效果降低、動作特性畸變時，電力系統(tǒng)保護裝置會發(fā)生誤動，甚至拒動， 由于不同繼電器的工作原理和設(shè)計性能不同，因而諧波的影響程度也不同。在高壓直流系統(tǒng)中，諧波對電力系統(tǒng)的影響較大， 在影響整個系統(tǒng)的同時，還會對繼電設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，導(dǎo)致電氣設(shè)備無法正常運行，同時加快電力系統(tǒng)的損耗，造成輸電線路老化。

1、 諧波對電磁型繼電器的影響。對于電磁型繼電器，當(dāng)其諧波含量低于40 % 時，整體動作誤差小于10 % ，但是由于電力系統(tǒng)繼電器是根據(jù)整體電流以及基波電壓來確定動作與否的，因此在動態(tài)情況下諧波對繼電器的影響較大。對于電流繼電器，諧波的存在會造成繼電器保護系統(tǒng)拒動；對于電壓繼電器， 由于諧波畸變電壓影響，基波整定值大于動作值， 就會造成電壓繼電器拒動以及欠電壓繼電器誤動。例如，在空載投切變壓器時，會產(chǎn)生諧波含量較高的勵磁涌流，且諧波中2 次諧波的分量較大， 這會造成繼電器誤動和電力系統(tǒng)斷路器跳閘現(xiàn)象。

2、諧波對整流型繼電系統(tǒng)以及距離保護系統(tǒng)的影響。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，由于基波阻抗值及其誤差較大， 電力系統(tǒng)的諧波電流分量較大，若濾波處理不及時，不僅會造成電力系統(tǒng)繼電設(shè)備誤動， 同時還會導(dǎo)致誤操作。電力系統(tǒng)相關(guān)調(diào)查顯示， 電力系統(tǒng)諧波含量小于5% 時，諧波對保護設(shè)備的影響較小。但是， 在實際操作中， 由于各種因素的影響， 電力系統(tǒng)諧波含量通常大于5% ，會顯著影響整流型繼電保護系統(tǒng)以及距離保護系統(tǒng)。當(dāng)電力系統(tǒng)的電流中存在諧波時， 由于三相諧波不對稱、不相等，若再加上繼電保護裝置附近有并聯(lián)電容器， 其對諧波的放大作用會使濾波裝置產(chǎn)生較大的諧波， 從而導(dǎo)致電流脈動快速變化，最終造成電力系統(tǒng)繼電保護的誤操作、誤啟動。

3、 諧波對微機線路以及負(fù)序啟動元件的影響。在電力系統(tǒng)中，電網(wǎng)繼電保護裝置主要由電力系統(tǒng)變壓保護和線路主保護組成。在負(fù)序電流增量和諧波干擾電力系統(tǒng)的同時，電力系統(tǒng)濾波器會形成對應(yīng)的畸變電壓、電流，影響電力系統(tǒng)的保護回路，造成相關(guān)設(shè)備誤啟動、誤操作。另外， 由于電力系統(tǒng)微機線路保護系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備主要由突變量及負(fù)序相關(guān)元件組成，在啟動量受到電力系統(tǒng)諧波影響時， 電力系統(tǒng)邏輯電路、保護回路就會出現(xiàn)誤斷，從而產(chǎn)生誤操作。

二、應(yīng)對電力系統(tǒng)中諧波的有效對策

1、 諧波抑制方法

對電網(wǎng)中諧波的抑制常采用兩種措施：一是實現(xiàn)電力設(shè)施自身諧波的產(chǎn)生量；二是增添濾波設(shè)施降低電網(wǎng)中的諧波。第一種措施常使用多脈動整流法，這種方法是按照相關(guān)的規(guī)律將偶數(shù)個的變流器進行組合，借由移相變壓器對電網(wǎng)的電壓實現(xiàn)移相，從而確保不同整流橋?qū)λ斎氲碾妷撼霈F(xiàn)一定的相位差，進而得到整流負(fù)載電流間的相位差，彼此不同相位差不同的負(fù)載電流在電網(wǎng)測相互疊加就會使得所攜帶的次諧波相互削弱與抵消，進而使得電網(wǎng)側(cè)電流實現(xiàn)正弦化矯正。

第二種措施對諧波的抑制是通過在設(shè)備中加設(shè)濾波裝置實現(xiàn)的。其不僅能夠同繼電保護裝置進行協(xié)同合作，更能夠有效消除諧波的干擾等危害，目前廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，有很好的實際作用意義。濾波器分為有源濾波器和無源濾波器，在實際應(yīng)用中，需根據(jù)具體情況而選取最合適的濾波裝置。其中，有源濾波器也叫主動式濾波器，其作用方式是產(chǎn)生與諧波大小相等、方向相反的電流，從而抵消諧波的作用。有源濾波器作用效果顯著，但是成本高昂。此外，無源濾波器也叫被動式濾波器，其作用機制是將電容器與濾波電抗器串聯(lián)，以在諧波的作用頻率下產(chǎn)生低阻抗回路，通過對相同頻率的諧波進行吸收，起到降低整個系統(tǒng)諧波危害的作用。無源濾波器采用的是電容器的補償作用，因此效果不如有源濾波器顯著，使用范圍比較局限，只對某一頻率的諧波有作用，但是價格較易承受。

2、增強繼保設(shè)施的方法

（1） 提高繼電器可靠性

提高繼電器的可靠性能有效抵制諧波的危害。提高繼電器的可靠性，首先就要保障繼電器不受或者少受諧波的影響。裝置繼電保護時，要充分分析比相判斷，進行過零點檢測，并選取弱電繼電器以及元件安裝。同時，還可以通過二次諧波的方式產(chǎn)生能夠強化繼電器保護作用的飽和變流器，從而提高繼電器的可靠性。值得注意的是，有容抗和感抗存在的二次諧波系統(tǒng)容易產(chǎn)生諧振，為了消除由諧振引發(fā)的過電壓等危害，可使系統(tǒng)中的固有頻率與較高含量的頻率帶保持安全距離。通過以上方法，均可提高繼電器的可靠性，減少諧波危害。

（2） 增加功率因數(shù)調(diào)節(jié)裝置

在諧波的產(chǎn)生設(shè)備的電源上裝置功率因數(shù)的調(diào)節(jié)裝置，可以從根源上有效減少諧波的產(chǎn)生，從而抑制諧波危害。此方法的有效抵消諧波也提示相關(guān)部門，在設(shè)備的研發(fā)制造時就根據(jù)企業(yè)特點充分考慮諧波問題，盡量避免諧波的產(chǎn)生，從源頭上有效減少諧波對電網(wǎng)的污染，而不是污染后再治理。

（3） 提高諧波分析能力

對諧波的治理，需要依靠精準(zhǔn)的諧波分析手段。實際生產(chǎn)中，可利用傅立葉變換得到綜合完整的諧波數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后得出分析結(jié)果，指導(dǎo)諧波治理?？紤]到電抗器的計算和現(xiàn)場諧波測試比較復(fù)雜，且只能應(yīng)用于固定負(fù)載，在實際分析過程中應(yīng)遵照實際的運行標(biāo)準(zhǔn)，全面分析數(shù)據(jù)，并及時補償功率因數(shù)，從而減少諧波的影響。

（4）增強計算機保護

在完善繼電保護裝置的同時，技術(shù)人員還應(yīng)增強對計算機的保護，具體措施如下：①技術(shù)人員可通過中間變換器，將系統(tǒng)導(dǎo)入的電壓和電流轉(zhuǎn)換成有著較強適應(yīng)性的數(shù)值后進入電力回路，隨后借由濾波器對電流中攜帶的諧波量進行消減，并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備實現(xiàn)模與數(shù)的相互轉(zhuǎn)換。最后，還應(yīng)采取措施對數(shù)字的運算處理結(jié)果實施保護，把相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字并運算后將結(jié)果適時傳出。②技術(shù)人員在數(shù)字運算工作之外，還應(yīng)充分利用計算機系統(tǒng)中的數(shù)字信號處理設(shè)施。具體而言就是在利用轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)接受的模擬信號向數(shù)字信號的轉(zhuǎn)變后，還應(yīng)運用處理手段對數(shù)字形式的信號再次處理，并將最終結(jié)果還原為模擬信號，從而實現(xiàn)模擬信號具體的時間量化工作。需注意的是所采用的數(shù)字信號應(yīng)使用二進制的有限位碼。

綜上所述，諧波對供電網(wǎng)產(chǎn)生了嚴(yán)重的污染，使配電網(wǎng)的電流、電壓發(fā)生了嚴(yán)重的畸變，這可能造成電力系統(tǒng)繼電保護裝置動作的靈敏度降低及保護動作的延時，從而造成繼電保護裝置發(fā)生誤動作。為了確保繼電保護裝置的穩(wěn)定、可靠運行，相關(guān)人員要充分重視諧波對繼電保護造成的影響，必須深入分析諧波對各種不同性能繼電保護裝置造成的影響，并采取有效地措施，確保供電網(wǎng)的安全、可靠運行。

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