電力系統(tǒng)諧波對(duì)繼電保護(hù)的影響分析

徐興榮 李唯嘉 應(yīng)震明

摘 要：電力系統(tǒng)中諧波的存在，不僅降低了電力系統(tǒng)中的正弦波電壓質(zhì)量，干擾電網(wǎng)的正常運(yùn)行，而且給繼電保護(hù)的平穩(wěn)工作帶來(lái)了很大的麻煩。本文將圍繞當(dāng)前電力系統(tǒng)諧波對(duì)繼電保護(hù)產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析討論，從而提出相關(guān)應(yīng)對(duì)方法與解決措施。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);諧波;繼電保護(hù)

當(dāng)前對(duì)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量影響最大的即是諧波，諧波是指以電流頻率作為基波的整數(shù)倍電量，能夠?qū)χ芷谛缘恼译娔苓M(jìn)行級(jí)數(shù)分解，得到頻率與工頻一致的分量，進(jìn)而加重電氣設(shè)備的動(dòng)能損耗，影響發(fā)電功率。相關(guān)人員必須切實(shí)認(rèn)識(shí)到諧波的危害性，從而制定科學(xué)、有效的管理對(duì)策。

1.電力系統(tǒng)諧波對(duì)繼電保護(hù)的影響

1.1感應(yīng)型設(shè)備

諧波對(duì)感應(yīng)型繼電保護(hù)裝置的影響較小，由于該設(shè)備的運(yùn)行速度較慢、慣性勢(shì)能較高，能夠有效削弱電力系統(tǒng)對(duì)設(shè)備造成的轉(zhuǎn)矩變化。但其本身也會(huì)因諧波振蕩，使繼電器圓盤(pán)產(chǎn)生不可逆的交互電流，進(jìn)而發(fā)生圓盤(pán)偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象。一旦技術(shù)人員沒(méi)有及時(shí)修正此類問(wèn)題，會(huì)使設(shè)備在進(jìn)行頻率輸入時(shí)，出現(xiàn)大量的動(dòng)能消耗，導(dǎo)致圓盤(pán)出現(xiàn)附加彎矩，當(dāng)諧波分量與基波分量相同時(shí)，便會(huì)使繼電器的靈敏度大幅下滑，影響設(shè)備檢測(cè)的準(zhǔn)確性，而隨著感應(yīng)型設(shè)備的長(zhǎng)時(shí)間使用，器件老化的速率也在不斷加快，甚至可能造成設(shè)備報(bào)銷。

1.2微機(jī)型設(shè)備

微機(jī)繼電保護(hù)裝置是利用微型處理系統(tǒng)進(jìn)行電能保護(hù)的設(shè)備，能夠?qū)斎氲男盘?hào)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，將經(jīng)過(guò)變換器產(chǎn)生的數(shù)字量進(jìn)行排列重組，便于后期處理程序使用。諧波對(duì)其產(chǎn)生的影響主要體現(xiàn)在頻率轉(zhuǎn)換方面，高頻次的諧波能夠影響微機(jī)型設(shè)備的計(jì)算方式，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生誤差，使其無(wú)法與其他設(shè)備產(chǎn)生有效的感應(yīng)。

1.3整流型設(shè)備

整流型設(shè)備的繼電保護(hù)裝置是對(duì)電流信號(hào)和動(dòng)作進(jìn)行判斷，確保電阻器內(nèi)的電氣量能夠保持環(huán)形流動(dòng)，保持回路的高效運(yùn)作。如果諧波出現(xiàn)在電流回路中，會(huì)使原本的運(yùn)行路徑發(fā)生改變，造成基本阻抗值的落點(diǎn)產(chǎn)生差異，進(jìn)而影響設(shè)備凹凸點(diǎn)的分布。除此之外，諧波還會(huì)消除整流型設(shè)備內(nèi)的單向?qū)щ娮饔?，由于其本身與繼電保護(hù)裝置的弦波形式完全相反，在其接入輸入端時(shí)，會(huì)產(chǎn)生頻率的相互抵消，從而導(dǎo)致電壓上升時(shí)，繼電設(shè)備無(wú)法有效進(jìn)行電能調(diào)節(jié)，以此產(chǎn)生系統(tǒng)異常、參數(shù)紊亂等問(wèn)題。

1.4電磁型設(shè)備

電磁型繼電保護(hù)裝置能夠承受10以下的諧波含量，并將內(nèi)部產(chǎn)生的波動(dòng)異常逐漸衰減，降低測(cè)定時(shí)產(chǎn)生的誤差值。但當(dāng)諧波含量超過(guò)40時(shí)，則會(huì)對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定性造成破壞，使其動(dòng)態(tài)作用無(wú)法有效發(fā)揮，并引發(fā)電力系統(tǒng)產(chǎn)生誤動(dòng)，影響空載變壓器的正常使用。除此之外，諧波能夠增大電氣設(shè)備的有功沖擊，造成電力系統(tǒng)電壓的閃變，一旦設(shè)備進(jìn)行大功率的電流傳送，會(huì)使內(nèi)部的直流電無(wú)法匹配實(shí)際所需的電壓，產(chǎn)生中性點(diǎn)位移的現(xiàn)象，進(jìn)而影響交流系統(tǒng)的對(duì)稱性。

1.5靜態(tài)型設(shè)備

靜態(tài)型設(shè)備是電力系統(tǒng)中使用較為廣泛的繼電保護(hù)裝置，因其本身具有降低諧波的特性，所以也經(jīng)常用于和其他設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)工作。但與電磁型設(shè)備一樣，也會(huì)受高頻次諧波的影響，產(chǎn)生電壓值不穩(wěn)定的情況。通常其繼電裝置在受到諧波入侵時(shí)，會(huì)使內(nèi)部電壓難以反轉(zhuǎn)，系統(tǒng)內(nèi)的微分脈沖不斷增加，將原本的交流電轉(zhuǎn)化為成方波，導(dǎo)致繼電裝置錯(cuò)誤運(yùn)行，保護(hù)動(dòng)作失去明確目標(biāo)，從而引發(fā)一些列的電路故障[1]。

1.6自動(dòng)裝置

隨著智能化技術(shù)的普及，生產(chǎn)行業(yè)的自動(dòng)化裝置也越來(lái)越依賴電力系統(tǒng)，一旦諧波流入相關(guān)設(shè)備的輸入端，會(huì)使自動(dòng)裝置受聯(lián)動(dòng)效應(yīng)的影響，“牽一發(fā)而動(dòng)全身”，造成大規(guī)模的電路故障，甚至損壞保護(hù)系統(tǒng)，危及電能供輸?shù)陌踩?。并且?dāng)前自動(dòng)裝置的啟動(dòng)量為電網(wǎng)負(fù)序電流，而諧波為非正弦交流量，二者在相互接觸時(shí)無(wú)法統(tǒng)一流動(dòng)路徑，進(jìn)而產(chǎn)生排斥效應(yīng)，使原來(lái)的直流保護(hù)電，無(wú)法有效流向供電系統(tǒng)中，嚴(yán)重影響設(shè)備的正常工作狀態(tài)，也同樣加劇了后期工作人員的維護(hù)難度。比如：原本的維修方案即是向控制回路中輸入異向等量的工作電壓，將諧波波長(zhǎng)進(jìn)行拉伸，從而降低內(nèi)部電能的改變頻率，減少高負(fù)荷振動(dòng)對(duì)繼電裝置的影響與破壞，但當(dāng)電流受諧波影響無(wú)法正向傳遞時(shí)，會(huì)使維護(hù)時(shí)輸入的電壓無(wú)法準(zhǔn)確替換故障電路的電壓，甚至起到影響設(shè)備啟停的負(fù)面影響。

2.消除電力系統(tǒng)諧波的相關(guān)措施

2.1接入濾波器

濾波器是由電容、電阻以及電感組成的濾波電路，能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)中的特定頻率點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)消除，產(chǎn)生一個(gè)全新的電源信號(hào)。其種類按照信號(hào)頻段可分為以下五種：一，低通濾波器，允許信號(hào)中的低頻電量或直流分量直接通過(guò)，而高頻分量則會(huì)被抑制、過(guò)濾;二，高通濾波器，允許信號(hào)中的高頻分量通過(guò)，但低頻直流電則會(huì)被有效抑制;三，帶通濾波器，該設(shè)備能夠根據(jù)實(shí)際要求，設(shè)定信號(hào)的頻率大小，從而進(jìn)行特殊頻段的信號(hào)限制;四，帶阻濾波器，作用與帶通濾波器類似，能夠根據(jù)實(shí)際需求，允許特殊頻段的通行，限制該頻段以外的信號(hào)通過(guò);五，全通濾波器，即是對(duì)全頻段的信號(hào)進(jìn)行幅值增益，將其進(jìn)行移相處理，確保位移值與頻率成正比，從而對(duì)信號(hào)的控制起到延遲作用。相關(guān)技術(shù)人員要針對(duì)電力系統(tǒng)中產(chǎn)生的諧波含量選擇適合的濾波器，以此達(dá)到高效消除諧波的目的[2]。

2.2限制電壓

首先要在零序回路中增加阻尼，使諧波的控制與擴(kuò)散得到有效控制，并降低相應(yīng)設(shè)備中的諧波含量，從而使低功率的逆向電流不會(huì)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生影響。其次，要增強(qiáng)電力系統(tǒng)的容抗與電流互感器的感抗，這樣能夠?qū)⒅C波的震蕩參數(shù)降到最低值，使電壓能夠根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，確保電流不會(huì)由于線路阻抗的提升，造成不必要的能源浪費(fèi)。最后，可以在互感器高壓中性點(diǎn)使用高功率的電容，使其發(fā)揮牽引作用，將諧波產(chǎn)生的額定電流以弧線圈的形式與地面相接，從而消除其對(duì)繼電保護(hù)裝置產(chǎn)生的影響。

2.2改進(jìn)電力系統(tǒng)

電力系統(tǒng)是諧波產(chǎn)生的源頭，通過(guò)優(yōu)化相關(guān)運(yùn)行程序，改變動(dòng)能參數(shù)，能夠有效防止諧波的形成。技術(shù)人員可以從兩個(gè)方向進(jìn)行系統(tǒng)的改進(jìn)，一方面，將電抗器與電容器進(jìn)行串聯(lián)，形成有效的回路，幫助諧振頻率能夠均勻分布在不同的震動(dòng)點(diǎn)上，以此降低諧波的頻率，另一方面，技術(shù)人員也可以在相應(yīng)繼電裝置上安裝定子管理系統(tǒng)，使其能夠利用多種諧波差進(jìn)行電流接地處理，從而有效保護(hù)電流運(yùn)行路徑。同時(shí)，相關(guān)技術(shù)人員要對(duì)諧波的波形變化進(jìn)行實(shí)時(shí)校對(duì)，確保其正負(fù)特性不會(huì)對(duì)變壓器的電壓頻次產(chǎn)生影響。此類方式操作簡(jiǎn)單，成本低廉，是當(dāng)前生產(chǎn)企業(yè)普遍使用的應(yīng)對(duì)方法。

3.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)分析當(dāng)前電力系統(tǒng)諧波對(duì)感應(yīng)型、微機(jī)型、整流型、電磁型、靜態(tài)型、自動(dòng)裝置等設(shè)備的繼電保護(hù)影響，提出接入濾波器、限制電壓、改進(jìn)電力系統(tǒng)、調(diào)整繼電設(shè)備等消除諧波影響的應(yīng)對(duì)措施，從而確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，維護(hù)電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益，滿足人們的用電需求。

參考文獻(xiàn)：

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[2]陳雨.城市軌道交通供電系統(tǒng)電力諧波的分析與治理[J].電工技術(shù)，2021（04）：124-125.

[3] 王國(guó)濤.淺析電力系統(tǒng)諧波危害及治理措施[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2019（9）：73-74.