電力系統(tǒng)諧波對(duì)繼電保護(hù)的影響分析及應(yīng)對(duì)措施

朱文慧

（國(guó)網(wǎng)福建石獅市供電有限公司，福建 石獅 362700）

當(dāng)下，我國(guó)電力行業(yè)發(fā)展一日千里，電力系統(tǒng)中不斷有新型的電氣設(shè)備被加以采納，尤其是使用非線性負(fù)荷的電氣裝置，但是大量電氣設(shè)備在電力系統(tǒng)中運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生較多的諧波，對(duì)電力系統(tǒng)造成直接的影響，導(dǎo)致降低其供電的質(zhì)量。

1 電力系統(tǒng)中的諧波與繼電保護(hù)概述

所謂諧波主要是指在電流中含有的頻率為基波整數(shù)倍的電量，在非正弦周期性傅里葉級(jí)數(shù)分解后，基波頻率電流也會(huì)產(chǎn)生較大的電量。

例如，在高壓直流電量傳輸?shù)倪^程中，一旦電路系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障，電力系統(tǒng)就會(huì)受到諧波帶來的影響，進(jìn)而使電力設(shè)備受到損壞，同時(shí)很大程度將減短絕緣設(shè)備的使用壽命；一旦繼電保護(hù)設(shè)備或是相關(guān)裝置發(fā)生拒動(dòng)，會(huì)對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)造成安全影響，最終引發(fā)嚴(yán)重的電力事故。因此，在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，需嚴(yán)格依據(jù)繼電保護(hù)原理和自動(dòng)裝置的原理，控制諧波對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行[1]。

2 電力系統(tǒng)中諧波對(duì)繼電保護(hù)的影響

電力系統(tǒng)高壓直電流運(yùn)行中，系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波會(huì)對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備產(chǎn)生直接的影響，導(dǎo)致在降低繼電器保護(hù)效果、動(dòng)作特性產(chǎn)生畸變同時(shí)，一定概率上增加了繼電設(shè)備中繼電器出現(xiàn)拒動(dòng)的現(xiàn)象；同時(shí)，由于不同型號(hào)的繼電器，其工作原理、設(shè)計(jì)性能有所差異，因此，對(duì)諧波帶來影響的承受能力也有著很大的不同，其中諧波對(duì)高壓直流系統(tǒng)會(huì)造成最顯著的影響，由于諧波對(duì)繼電設(shè)備的破壞程度比較大，嚴(yán)重者會(huì)影響到電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，消耗并且加快電力設(shè)備和輸電線路的老化速度。

2.1 針對(duì)繼電器與自動(dòng)裝置的影響

在電力系統(tǒng)中，不同的繼電設(shè)備受到諧影響產(chǎn)生的結(jié)果存在差異化，諧波對(duì)電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)功能產(chǎn)生的影響主要是表現(xiàn)在繼電器設(shè)備上，由于不同繼電器在設(shè)計(jì)與使用功能上的不同，導(dǎo)致諧波對(duì)其的影響也不同。在電磁型繼電器中，諧波在低于40%的情況下，電力系統(tǒng)所產(chǎn)生的誤差將小于10%，但在動(dòng)態(tài)電流的背景下，諧波對(duì)繼電器影響較大，造成電磁型繼電器發(fā)生拒動(dòng)行為，而形成的原因是由于諧波的存在會(huì)將電壓發(fā)生畸變，致使基波值數(shù)據(jù)變形，促使電壓繼電器拒絕保護(hù)電力系統(tǒng)同時(shí)，未能發(fā)揮自動(dòng)裝置的作用。

2.2 針對(duì)整流型繼電設(shè)備與距離保護(hù)的影響

在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)才能激發(fā)系統(tǒng)的繼電保護(hù)功能，通過繼電器的保護(hù)有效地將故障排除在外，來保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)障礙時(shí)，基波的阻抗值以及誤動(dòng)值比較大，諧波便會(huì)產(chǎn)生較大的電流分量，而出現(xiàn)過多的濾波阻礙電力系統(tǒng)中繼電器設(shè)備發(fā)揮其保護(hù)作用，若濾波處理不及時(shí)，不僅會(huì)導(dǎo)致繼電設(shè)備出現(xiàn)誤動(dòng)，還可能產(chǎn)生誤操作的狀況。

電力系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)諧波在小于5%的情況下對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備的影響較弱；因此，諧波含量低，才能確保繼電保護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)作。但在電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中，由于各種因素的影響，從而導(dǎo)致諧波的含量常高于5%，因此，諧波對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備中的整流型系統(tǒng)與距離保護(hù)系統(tǒng)的影響往往較大，在電流內(nèi)存在諧波的情況下，三相諧波有著不相同等特點(diǎn)以及不對(duì)稱特點(diǎn)，若在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)設(shè)備附近設(shè)有并聯(lián)電容器，就會(huì)對(duì)諧波進(jìn)行放大，進(jìn)而使濾波裝置產(chǎn)生更大的諧波，使電流脈動(dòng)巨大變化，導(dǎo)致繼電保護(hù)對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生錯(cuò)誤的操作。

2.3 針對(duì)微機(jī)線路與負(fù)序啟動(dòng)元件的影響

電力系統(tǒng)中諧波對(duì)繼電保護(hù)的影響除了表現(xiàn)在繼電器本身外，同時(shí)也表現(xiàn)在對(duì)電力系統(tǒng)的微機(jī)路線與負(fù)序啟動(dòng)元件上。

負(fù)序啟動(dòng)元件和突變量是構(gòu)成微機(jī)路線的重要組成部分，當(dāng)負(fù)序啟動(dòng)元件受到諧波的影響時(shí)，會(huì)導(dǎo)致保護(hù)裝置、邏輯電路在運(yùn)行期間出現(xiàn)較大的失誤性操作，從而影響微機(jī)路線系統(tǒng)發(fā)揮保護(hù)的作用。同時(shí)，由于變壓保護(hù)與線路主保護(hù)都屬于繼電保護(hù)配置，在諧波干擾電量時(shí)，如果負(fù)序電流量的增加會(huì)使電壓發(fā)生畸變，同樣也會(huì)造成電力系統(tǒng)的保護(hù)設(shè)備出現(xiàn)重大的錯(cuò)誤性操作故障[2]。

3 諧波對(duì)繼電保護(hù)造成影響的有效應(yīng)對(duì)措施

為了確保電力系統(tǒng)在輸電、供電過程中的安全性和穩(wěn)定性，在解決諧波帶來影響的同時(shí)，保障其他電器設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行、安全運(yùn)行狀態(tài)。隨著電網(wǎng)線路長(zhǎng)期的運(yùn)行，常面臨著需要更換電氣設(shè)備，因此諧波的出現(xiàn)是不可避免的問題，所以在電力系統(tǒng)輸電、供電的過程中，圍繞諧波為繼電保護(hù)裝置帶來的影響，在加強(qiáng)繼電保護(hù)性能的同時(shí)，采取針對(duì)性的應(yīng)對(duì)措施，從而改善諧波，確保繼電保護(hù)裝置在電力系統(tǒng)能有效發(fā)揮其保護(hù)作用[3]。

3.1 防止諧波產(chǎn)生振蕩電壓

在電力系統(tǒng)內(nèi)要降低諧波對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備產(chǎn)生的影響，可從諧波本身出發(fā)進(jìn)行改造，來預(yù)防諧波產(chǎn)生出振蕩電壓，并得到合理的控制，應(yīng)從下列兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)開展工作。

（1）考慮諧波匹配振參數(shù)的因素，從改變電力系統(tǒng)的抗容量或交感器的感抗性出發(fā)，來降低諧波的匹配參數(shù)。（2）采用增加阻尼的方式，來防止諧波振蕩電壓的出現(xiàn)。

在實(shí)際操作中，通過對(duì)電力系統(tǒng)中的對(duì)地電容、交感器設(shè)備進(jìn)行合理的應(yīng)用，并將電力阻尼放置在電力交感器的三角組合處，以改善電壓互感體系。同時(shí)，需注意電阻上交感器的中性點(diǎn)不能與地面接觸，且需在電力交感器設(shè)備上加入某些滑諧器件或元部構(gòu)件，并保證這些元件都處于互感器的三角繞組處，才能將電力交感器與雙向可控硅相接觸，實(shí)現(xiàn)電壓在短接連接的同時(shí)達(dá)到瞬間斷續(xù)的效果。此外，依靠增加電力系統(tǒng)的回路值來改變諧波出現(xiàn)振蕩電壓的現(xiàn)象，通過采用阻尼的電阻與電力互感器進(jìn)行消諧，從而可應(yīng)對(duì)電力系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)多頻率諧波振蕩電壓的問題。因此，在電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中，將消協(xié)裝置安裝互感器的三角部位，此舉不但可以將多頻率諧振現(xiàn)象有效解決，同時(shí)十分利于電力系統(tǒng)的區(qū)分以及斜振接地。

3.2 對(duì)諧波波形的改變有效抑制

電力系統(tǒng)輸電、供電運(yùn)行過程中，可對(duì)諧波利用繼電保護(hù)裝置抑制其波形出現(xiàn)改變的狀態(tài)，此種方式的原理是利用繼電保護(hù)裝置自身具備的靈動(dòng)性、快速性，自己選擇性開展可觀的評(píng)判，為了抑制電力系統(tǒng)內(nèi)諧波波形發(fā)生變化，主要從以下兩方面出發(fā)。

（1）詳細(xì)了解諧波的指標(biāo)情況。例如電壓的實(shí)際波形、電流、電量出現(xiàn)畸變的原因，同時(shí)在這一基礎(chǔ)上對(duì)定子接地系統(tǒng)使用三次諧波的形式進(jìn)行搭建，進(jìn)一步防止因基波檢測(cè)疏忽而造成的諧波波形畸變現(xiàn)象。

（2）在充分利用變壓設(shè)備相關(guān)差動(dòng)保護(hù)的同時(shí)，使用高次諧波流中2次諧波，在充分應(yīng)用變壓設(shè)備保護(hù)的基礎(chǔ)上，由2次諧波來帶動(dòng)差動(dòng)繼電器，從而降低繼電保護(hù)設(shè)備出現(xiàn)失誤性操作的概率，避免機(jī)電設(shè)備受到涌流誤操作而帶來的損壞。與此同時(shí)，采用增量型的元件，可以適當(dāng)避免及改善負(fù)序諧波和穩(wěn)態(tài)諧波帶來的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

在電力系統(tǒng)對(duì)用戶提供輸電供電的過程中，諧波會(huì)對(duì)自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)、繼電裝置造成極大的影響，常會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生誤動(dòng)或拒動(dòng)的情況。因此，在實(shí)際運(yùn)行中，需要圍繞諧波對(duì)繼電保護(hù)所造成的影響開展深入分析，找出誤動(dòng)、誤操作的具體發(fā)生原因，同時(shí)針對(duì)問題盡快制定出有效的應(yīng)對(duì)、完善措施，讓繼電保護(hù)系統(tǒng)能正常投入使用，確保整個(gè)區(qū)域電網(wǎng)的供電穩(wěn)定性。