電力系統(tǒng)諧波對繼電保護(hù)的影響

王杰 李凡 張瑞卿 王照山 李鵬林

摘要：在近幾年的發(fā)展過程中，隨著中國電力行業(yè)的發(fā)展速度不斷加快，各種新型的電器裝置以及設(shè)備不斷出現(xiàn)，非線性負(fù)荷在國民經(jīng)濟(jì)和人們生產(chǎn)工作中應(yīng)用越來越廣泛。因此，電網(wǎng)內(nèi)部的諧波量不斷上漲，對電力系統(tǒng)所產(chǎn)生的影響非常明顯?；诖?，重點(diǎn)針對電力系統(tǒng)諧波對繼電保護(hù)所產(chǎn)生的影響進(jìn)行了分析和研究，并且提出了相應(yīng)的問題解決措施，有效保證了電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定工作和運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);諧波;繼電保護(hù);應(yīng)對措施

引言

繼電裝置對電力系統(tǒng)元件故障進(jìn)行檢測后，應(yīng)通過合理、有效的方法來進(jìn)行應(yīng)對。保護(hù)裝置可以看作是最后的一道防線，相關(guān)動作是否正確將決定電力系統(tǒng)是否能夠安全運(yùn)行，在一些行業(yè)當(dāng)中，為保證繼電保護(hù)可以充分發(fā)揮作用，對繼電保護(hù)中的不穩(wěn)定因素進(jìn)行分析需要采取有效的措施和手段，以為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

1諧波對繼電保護(hù)系統(tǒng)的影響

1.1對電容補(bǔ)償設(shè)備的影響

在電力系統(tǒng)中，如果諧波頻率發(fā)生變化，帶有電容補(bǔ)償?shù)闹C波阻抗也會隨之變化，所以整個系統(tǒng)可以是容性系統(tǒng)，也可以是感性系統(tǒng)。如果系統(tǒng)中的諧波頻率到了某一個數(shù)值，且系統(tǒng)中的感抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過系統(tǒng)的容抗，在大量的諧波電流作用之下，電容器和電力系統(tǒng)中的其他設(shè)備之間就會產(chǎn)生串聯(lián)諧振或者并聯(lián)諧振，諧波電流也會進(jìn)一步被放大，容易引起諧波過電流或者是過電壓現(xiàn)象，熔斷電容器中的保護(hù)熔管，甚至燒毀電容器。而電容器一旦被燒毀，整個電氣回路中其他設(shè)備的安全運(yùn)行也都將受到嚴(yán)重的不利影響。

1.2對變壓器的影響

在電力系統(tǒng)中，變壓器起到核心性作用，但是如果電力系統(tǒng)中有諧波產(chǎn)生，且諧波電流對變壓器造成了影響，造成變壓器絕緣老化、發(fā)熱、功耗增加等問題，就會使其工作效率降低，甚至使其停止運(yùn)行時，整個供電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行都將受到不利影響，嚴(yán)重時甚至?xí)斐晒╇娋W(wǎng)絡(luò)癱瘓的后果。同時，在電流從電力設(shè)備中通過時，各電力設(shè)備中都會有諧波產(chǎn)生，且不同設(shè)備的諧波頻率會有所不同，這些諧波的影響作用會相互疊加，進(jìn)而在很大程度上干擾變壓器的穩(wěn)定運(yùn)行。如果變壓器的運(yùn)行不能維持在穩(wěn)定狀態(tài)，電力系統(tǒng)中的電流情況也將會受到不利影響，這些不穩(wěn)定的電流從變頻器中通過，就會讓變頻器產(chǎn)生的諧波更加嚴(yán)重，變壓器也會受到更大的影響。這樣的惡性循環(huán)不僅嚴(yán)重影響變壓器的工作效率，而且將縮短其使用壽命，直接影響供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1.3諧波對整流型繼電系統(tǒng)以及距離保護(hù)系統(tǒng)的影響

由于基波阻抗值的誤差值相對較大，同時電力系統(tǒng)內(nèi)部的諧波電流分量相對較小，如果沒有對濾波進(jìn)行及時的處理，不但會直接造成電力系統(tǒng)繼電設(shè)備產(chǎn)生誤動問題，同時還很有可能會造成誤操作問題。通過電力系統(tǒng)工作人員的調(diào)查分析，可以看出電力系統(tǒng)的諧波含量較小的情況下，諧波對保護(hù)設(shè)備的影響相對較小，但是在實(shí)際的供電工作中，由于供電線路外部環(huán)境因素的影響，電力系統(tǒng)的諧波含量通常情況下會超過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，進(jìn)而會對繼電保護(hù)器系統(tǒng)的保護(hù)功能產(chǎn)生一定的干擾。當(dāng)電力系統(tǒng)電流存在大量諧波的情況下，由于三相諧波不對稱或者是不相等的問題，外加上機(jī)電防護(hù)裝置附近存在并聯(lián)電容，對諧波的放大作用會造成供電裝置產(chǎn)生更大的諧波問題，整體的供電穩(wěn)定性受到了一定的影響，嚴(yán)重的情況下會直接造成電力系統(tǒng)的繼電防護(hù)出現(xiàn)誤操作問題。

電力系統(tǒng)供電過程中，電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置主要由通過電力系統(tǒng)、電壓系統(tǒng)和線路主保護(hù)系統(tǒng)所構(gòu)成，供電電流增加的情況下諧波干擾問題表現(xiàn)非常明顯，電力系統(tǒng)的諧波會直接造成供電電壓產(chǎn)生異常，同時會直接影響到電力系統(tǒng)的保護(hù)回路，造成設(shè)備出現(xiàn)誤操作問題。除此之外，因為電力系統(tǒng)的線路防護(hù)系統(tǒng)設(shè)備產(chǎn)生故障，內(nèi)部的工作原件啟動受到了電力系統(tǒng)諧波問題的干擾，整個電力系統(tǒng)的邏輯電路和防護(hù)電路出現(xiàn)中斷，進(jìn)而影響整個繼電保護(hù)工作的性能。

2系統(tǒng)諧波問題的應(yīng)對措施

2.1補(bǔ)償裝置

在本次的電力諧波治理過程中，應(yīng)用到的主要濾波補(bǔ)償裝置有真空交流接觸器、10kV避雷器、微型綜合保護(hù)儀、工作放電裝置、濾波用電容以及電抗器的組合裝置、測量保護(hù)電流互感器、控制裝置、磁管式戶內(nèi)熔斷器。諧波用電容器以及電抗器的組合裝置可以組成一個高通濾波可調(diào)電阻形式的諧濾波回路，將金膜介質(zhì)作為濾波電容器，其場強(qiáng)和穩(wěn)定性都有著較高的質(zhì)量，同時將放電電阻裝置設(shè)置在其內(nèi)部。濾波電抗器的主要組成部分包括鐵芯和線圈，可以實(shí)現(xiàn)±5%的調(diào)幅設(shè)置。如果諧波注入其中，當(dāng)XCn和XLn相等的狀態(tài)下，就會形成一個吸收諧波的回路。

2.2應(yīng)對電力系統(tǒng)諧波變形

在電力系統(tǒng)的供電運(yùn)營工作中需要對機(jī)電防護(hù)裝置進(jìn)行有效選擇，對繼電保護(hù)裝置的速度性、反應(yīng)靈敏程度以及保護(hù)程度進(jìn)行有效評價。在充分了解電力系統(tǒng)諧波惡化的情況下，要有效明確電流輸入過程中電壓波形所產(chǎn)生的形變原因，同時還需要使用電力系統(tǒng)的三次諧波來建立接地保護(hù)系統(tǒng)，防止電力系統(tǒng)由于機(jī)波檢測疏漏而形成不良的諧波變形問題。除此之外，在有效使用變壓器設(shè)備時，需要對相關(guān)的差動保護(hù)問題加以考慮，同時有效運(yùn)用電力系統(tǒng)的高磁性波涌出的二次諧波成分。通過兩次諧波制動的方法，對繼電器系統(tǒng)工作形成良好的防護(hù)作用，有效地避免電力系統(tǒng)繼電器產(chǎn)生錯誤、保護(hù)動作問題。從基礎(chǔ)上來防止系統(tǒng)涌流產(chǎn)生的誤操作問題。

2.3建立智能電網(wǎng)二次繼電維護(hù)系統(tǒng)

在正確、規(guī)范安裝繼電保護(hù)裝置的前提下，可具體分析繼電保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)，基于繼電保護(hù)裝置建立子模塊，在此基礎(chǔ)上分析和診斷故障。對于模塊分析，模塊中的數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)和具體的繼電保護(hù)裝置數(shù)據(jù)一致，由此基于特定管理標(biāo)準(zhǔn)來展開具體的故障優(yōu)化分析，并找到有效的處理故障的方法。在對系統(tǒng)模塊數(shù)據(jù)進(jìn)行全方位、深入分析后，可以了解到，在電力系統(tǒng)當(dāng)中，繼電保護(hù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)涉及一些不穩(wěn)定因素，從而能夠在今后升級系統(tǒng)數(shù)據(jù)的過程中提供可靠的數(shù)據(jù)分析，保證基于有效的技術(shù)支持來使繼電保護(hù)裝置在電力系統(tǒng)當(dāng)中起到有效的維護(hù)、保障作用。

2.4變壓器接線方式的合理設(shè)置

通過各種變壓器接線方式的混合使用，可以讓5次諧波和7次諧波之間相互抵消掉。在共用電網(wǎng)的運(yùn)行過程中，諧波大多來源于變壓器，且和變壓器繞組接線的方式有著直接關(guān)系。例如，在10kV的配電系統(tǒng)中，變壓器繞組接線的方式通常是Dyn形式或者是Yyn形式，在110kV和220kV電力系統(tǒng)中，變壓器一次側(cè)的繞組接線方式通常是星型，二次側(cè)的繞組的接線方式通常是三角型。通過這樣的繞組接線方式的不同，就可以讓整個電力系統(tǒng)中的主要諧波電流得到有效削減。

結(jié)語

在電力系統(tǒng)的供電工作中，相關(guān)供電單位需要對系統(tǒng)諧波產(chǎn)生的影響加以充分的重視。重點(diǎn)針對諧波對繼電保護(hù)所產(chǎn)生的影響進(jìn)行合理的控制。除此之外，在電力系統(tǒng)的供電過程中，諧波問題還會造成電壓、電流以及阻抗等方面的問題。因此，針對繼電保護(hù)工作，必須要有效預(yù)防受到外部環(huán)境因素的影響，對繼電保護(hù)裝置存在的各種異常問題有效解決，最大限度地提高供電工作的質(zhì)量和效率。

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