諧波對(duì)繼電保護(hù)的影響與應(yīng)對(duì)策略

戚志磊

摘要：近幾年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平不斷提高，我國(guó)電力行業(yè)得到了蓬勃發(fā)展，人們對(duì)電力的需求也在與日俱增，使得電力系統(tǒng)的作用越來(lái)越重要。而隨著電氣設(shè)備的大力推廣，電力系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)了很多諧波，嚴(yán)重影響著電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的安全運(yùn)行。因此，必須要了解電力系統(tǒng)諧波對(duì)繼電保護(hù)的影響，這樣才能保證電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的安全運(yùn)行，保證人們的電力需求。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)諧波；繼電保護(hù)；影響

1電力系統(tǒng)諧波

電力系統(tǒng)諧波是指一個(gè)周期電氣量的正弦波分量，而基波頻率的整數(shù)倍就是其頻率，一般基波的頻率會(huì)低于諧波的頻率，所以又叫高次諧波。電力系統(tǒng)會(huì)受到諧波的影響，使得其電壓正弦波質(zhì)量降低，并影響電網(wǎng)的正常運(yùn)作。電子設(shè)備和電力電子設(shè)備的推廣應(yīng)用，增加了變頻調(diào)速設(shè)備、工業(yè)電爐和電氣機(jī)車等非線性負(fù)荷，電力系統(tǒng)中的諧波也就越來(lái)越多。通常電氣化鐵路、非線性負(fù)荷、風(fēng)電、光伏發(fā)電、汽車充電站等設(shè)備中經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生諧波，而電氣化鐵路是一個(gè)特殊的電力系統(tǒng)用戶，其負(fù)荷具有非線性、不對(duì)稱性和波動(dòng)性的特點(diǎn)。在機(jī)車運(yùn)行中非線性特征明顯，此時(shí)電力系統(tǒng)中就會(huì)出現(xiàn)大量的諧波電流，并成為最大的諧波源，3-13次的奇次諧波電壓中的含有率會(huì)出現(xiàn)不同程度的超標(biāo)，而且電力機(jī)車開(kāi)停頻繁，就會(huì)增大有功沖擊，使得出現(xiàn)電力系統(tǒng)電壓波動(dòng)和閃變。在風(fēng)電場(chǎng)中產(chǎn)生諧波產(chǎn)生是因?yàn)檩斎氲娘L(fēng)力發(fā)電能量具有不確定性，而且有大量的整流和逆變?cè)O(shè)備，所以就會(huì)出現(xiàn)諧波。通過(guò)光伏組件，太陽(yáng)能就會(huì)轉(zhuǎn)化為直流電力，并由直流監(jiān)測(cè)配電匯集到并網(wǎng)型逆變器中，轉(zhuǎn)化成電網(wǎng)同頻率同相位的正弦波電流，而這一逆變過(guò)程就會(huì)增大諧波污染。在充電機(jī)裝置中，在模擬充電機(jī)上運(yùn)用Matlab進(jìn)行諧波仿真計(jì)算，就會(huì)發(fā)現(xiàn)實(shí)測(cè)電流中有3次諧波，這與負(fù)荷不對(duì)稱有關(guān)，它會(huì)使得中性點(diǎn)偏移，并與中性點(diǎn)對(duì)地形成回路，最后就產(chǎn)生了3次諧波電流。電力系統(tǒng)的諧波源主要是可控硅的整流設(shè)備，但是其實(shí)際運(yùn)行情況比較差，換流電抗和換相角不等于零，平波電抗器的感抗不會(huì)趨近無(wú)窮大，所以輸出直流就會(huì)有脈動(dòng)，使得三相交流系統(tǒng)不具有對(duì)稱性，此時(shí)就會(huì)產(chǎn)生諧波。

2電力系統(tǒng)諧波對(duì)繼電保護(hù)的影響

2.1繼電保護(hù)

繼電保護(hù)主要包含兩種濾波器，其一為軟件濾波器；其二是硬件濾波器，其中有源濾波器最為常見(jiàn)，還有一種無(wú)源濾波器。它們主要用于處理濾波，以防諧波造成嚴(yán)重干擾，具體可采用以下方法：對(duì)于有源濾波器來(lái)說(shuō)，它還有一個(gè)別稱（主動(dòng)式濾波器），它產(chǎn)生的諧波電流，方向與諧波相反，但大小是相等的，這樣便可將系統(tǒng)的諧波徹底消除。這種濾波器的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣，只是需花費(fèi)較高的成本。無(wú)源濾波器的另一稱呼：被動(dòng)式濾波器，它主要是將電容器串聯(lián)在濾波電抗器當(dāng)中，一旦出現(xiàn)諧波頻率，便可形成低阻抗回路，這樣就能吸收這種頻率所發(fā)出的諧波，使系統(tǒng)諧波下降。無(wú)源濾波器一般用于補(bǔ)償電容器，只是無(wú)源濾波器不能廣泛使用，但對(duì)于階次比較單一的諧波，它可以完成濾除。因此，應(yīng)用濾波器過(guò)程中，必須從實(shí)際情況出發(fā)，選擇合適的濾波器。設(shè)備如果產(chǎn)生了諧波，必須合理調(diào)節(jié)其電源加裝功率，也就是說(shuō)制造設(shè)備過(guò)程中，必須先考慮這點(diǎn)，這樣才能使諧波問(wèn)題得以解決，以防諧波對(duì)控制電網(wǎng)造成嚴(yán)重污染。諧波分析很有必要，想要得到電流數(shù)據(jù)必須使用AD卡，各次諧波參數(shù)需用到傅立葉變換，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后可得到結(jié)果，這樣便可將諧波消除。不過(guò)計(jì)算電抗器，或測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)諧波時(shí)，過(guò)程比較復(fù)雜，它只能用于固定負(fù)載，一旦負(fù)載發(fā)生波動(dòng)，將影響到濾波效果。

2.2靜態(tài)機(jī)電設(shè)備

在電力系統(tǒng)中靜態(tài)機(jī)電設(shè)備的運(yùn)用比較廣，因?yàn)殪o態(tài)繼電器對(duì)于降低諧波的影響有一定的作用。靜態(tài)保護(hù)裝置包括固態(tài)繼電器和靜態(tài)繼電器，兩個(gè)交流電量的相位是微分比相器和積分比相器的比較，而在電器設(shè)備運(yùn)行中諧波會(huì)對(duì)比相器的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響。因此，在比較兩個(gè)電量時(shí)，如果其中一個(gè)具有諧波分量的條件就會(huì)切割方波，但是因?yàn)殡妷哼_(dá)不到預(yù)期電壓值，電壓就難以翻轉(zhuǎn)。而兩個(gè)交流帶電已經(jīng)轉(zhuǎn)化成方波，在微分電路上形成脈沖，如果此時(shí)系統(tǒng)受到諧波的影響，微分脈沖就會(huì)增加。在增加交流電的情況下，就容易出現(xiàn)保護(hù)裝置誤動(dòng)作，使得靜態(tài)機(jī)電設(shè)備受到影響。

2.3整流型機(jī)電設(shè)備

通過(guò)整流輸入交流電或者相關(guān)交流量進(jìn)行整流形成的設(shè)備就是整流類型的機(jī)電設(shè)備。其繼電器的主要?jiǎng)幼髟砭褪请娏餍盘?hào)以及動(dòng)作判斷。在運(yùn)行中，如果其電阻器存在兩個(gè)電氣量的環(huán)形整流比相器，在電流回路中則會(huì)出現(xiàn)諧波問(wèn)題，這樣就會(huì)改變其動(dòng)作路徑，出現(xiàn)規(guī)則的圓弧，諧波量的增加會(huì)導(dǎo)致曲線凹凸點(diǎn)更為復(fù)雜。對(duì)此，在整流型機(jī)電設(shè)備中如果出現(xiàn)諧波問(wèn)題，在電流回路中如果含有一些諧波分量電流，則就會(huì)增加整流比相器中輸出量的整體交流分量，進(jìn)而影響繼電器的工作路徑。

2.4諧波會(huì)影響負(fù)序量元件，包括微機(jī)線路等

通常，電網(wǎng)的繼電保護(hù)裝置更多以負(fù)序電流增量為主，其組成部分包括兩個(gè)：一個(gè)是線路保護(hù)，另一個(gè)為變壓設(shè)備保護(hù)。電力系統(tǒng)可由不同的方式組成，諧波干擾是一個(gè)重要問(wèn)題，在濾波器的作用下，將出現(xiàn)電流以及電壓。保護(hù)回路出現(xiàn)了諧波，很難正確操作保護(hù)設(shè)備，甚至導(dǎo)致操作失誤。微機(jī)線路可經(jīng)常看到保護(hù)設(shè)備，它包含了不同的啟動(dòng)元件，最常見(jiàn)的有負(fù)序以及突變量。這些元件都可當(dāng)作門檻電壓量，也可稱其為電流量，甚至是啟動(dòng)量。經(jīng)大量實(shí)踐證實(shí)，諧波可影響這些啟動(dòng)量，這樣就很難準(zhǔn)確判斷出保護(hù)回路、邏輯回路等，由此導(dǎo)致誤操作的發(fā)生。

2.5感應(yīng)型機(jī)電設(shè)備

感應(yīng)型繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作速度相對(duì)較慢，慣性較大，進(jìn)而直接的削弱了諧波的不良影響，可以降低諧波轉(zhuǎn)矩的作用力。而在實(shí)踐中，受到磁場(chǎng)作用的影響，導(dǎo)致繼電器圓盤以及圓筒中出現(xiàn)電流，這樣就會(huì)導(dǎo)致另一個(gè)磁場(chǎng)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的問(wèn)題，導(dǎo)致電磁轉(zhuǎn)矩在影響之下出現(xiàn)圓盤以及圓通的旋轉(zhuǎn)問(wèn)題，而如果輸入一定頻率問(wèn)題，在畸變電流諧波分量的影響之下，機(jī)電設(shè)備自身的磁盤則就會(huì)出現(xiàn)附加轉(zhuǎn)矩問(wèn)題，而在轉(zhuǎn)矩與電流諧波分量以及基波分量轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)值相同的時(shí)候，就會(huì)降低繼電器的靈敏度。

結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)電力的需求量在逐漸增加，并提出了更高的要求。但是在電力系統(tǒng)運(yùn)行中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)諧波，影響著繼電保護(hù)的正常運(yùn)行，也降低了電壓正弦波的質(zhì)量，嚴(yán)重制約了電網(wǎng)的正常運(yùn)作。因此，在電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中，要認(rèn)識(shí)到中電力系統(tǒng)諧波對(duì)繼電保護(hù)的負(fù)面影響，在這樣的基礎(chǔ)上采取有效的對(duì)策降低其對(duì)繼電保護(hù)的干擾，為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行提供保障。

參考文獻(xiàn)

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