電力系統(tǒng)諧波對繼電保護的影響

茹予波

摘 要：在電力系統(tǒng)的運行過程中，穩(wěn)定性是它的必須要求，由于電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，需要在滿足用戶的基礎(chǔ)功能上，實現(xiàn)對電能生產(chǎn)以及運行過程中的保護和控制，并且減少功率在這個過程中的損耗，但是在電力系統(tǒng)中，由于各種配件的作用，導(dǎo)致其中存在不少潛在的安全隱患，諧波的產(chǎn)生以及所構(gòu)成的不同結(jié)構(gòu)形式就是對電力系統(tǒng)產(chǎn)生危害的一部分，需要有關(guān)人員進行具體的研究。本篇文章通過對諧波構(gòu)成的原因及危害進行闡述，分析繼電保護在電力系統(tǒng)中的作用，從而探討電力系統(tǒng)諧波對繼電保護造成的影響，并且就如何抑制諧波進行明確的說明。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);諧波;繼電保護;周期性

電力系統(tǒng)是指由發(fā)電廠、輸電線路以及用電客戶端等環(huán)節(jié)構(gòu)成的一種電能循環(huán)系統(tǒng)，它是通過電能生產(chǎn)以及傳輸?shù)刃问?，從而有效的將不同的電力分配給相關(guān)的用戶，這是一個非常復(fù)雜的過程，其中涉及到了多個線路和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，為了提高電力系統(tǒng)在運行中的安全性，有關(guān)部門通過不同的措施和方法，加強對電力系統(tǒng)和信息數(shù)據(jù)的控制值，并且安裝相應(yīng)的電力保護裝置，并且在自動化技術(shù)的應(yīng)用下實現(xiàn)監(jiān)控自動化、調(diào)度自動化的目的，總而言之，電力系統(tǒng)就是在先進的技術(shù)裝備以及高經(jīng)濟效益的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)的一種協(xié)調(diào)工作。但是在電力系統(tǒng)的運行過程中，還是會或多或少的出現(xiàn)不同的安全和質(zhì)量隱患，造成對電力結(jié)構(gòu)的影響，諧波就是其中的主要危害因素，需要對它進行全面的分析，找到有效的抑制方法。

1 電力系統(tǒng)中諧波的產(chǎn)生原因和危害

1.1 諧波產(chǎn)生的原因

諧波是指一種周期性的一種頻率變量，它是對電力系統(tǒng)中電流的一種改變，而且諧波中還可以分為分?jǐn)?shù)諧波、間諧波以及次諧波等不同的類型。對于諧波產(chǎn)生的原因，它主要是由電源、輸配電設(shè)備以及電力系統(tǒng)中的非線性負(fù)載構(gòu)成的。首先，對于電源端產(chǎn)生的諧波來說，它是由于在發(fā)電過程中，三相繞組在制作上有著一定的質(zhì)量問題，很難達到各個參數(shù)上的平衡，在不同的影響因素下，會造成一定諧波的產(chǎn)生，但是電源端所產(chǎn)生的諧波是非常少的，一般不會有太大的影響。其次，對于輸配電過程產(chǎn)生的諧波來說，很多時候都是由于電力變壓器導(dǎo)致的，這是由于變壓器在設(shè)計過程中，可能會考慮到經(jīng)濟性等方面，忽略掉鐵心磁化曲線的影響，使其處于非線性的狀態(tài)，產(chǎn)生一定的諧波，在這種背景下，諧波電流通常來說所占額度較高，對于電力系統(tǒng)的影響也是非常大的。另外一方面來說，諧波產(chǎn)生的原因還包括電力設(shè)備的作用。包括一些變頻設(shè)備和用戶端的使用設(shè)備，在充電裝置以及控制等方面，會造成不同程度的變化功率，從而增大諧波產(chǎn)生的概率。

1.2 諧波的危害

從諧波的運行來說，它的危害性是非常強的，對于電力系統(tǒng)中的各個設(shè)備都可能造成不良的影響。首先，對于發(fā)電過程中的發(fā)電機和電動機來說，由于諧波的產(chǎn)生，可能會引發(fā)機械共振，致使發(fā)電機在運行過程中存在一定的振蕩力矩，并且嚴(yán)重影響電力設(shè)備的使用壽命。其次，諧波電壓在電力運行中會造成大幅度的正弦波變化，增加電能的消耗，加速絕緣老化，危害不同設(shè)備的負(fù)載以及電力系統(tǒng)的安全運行。除此之外，電網(wǎng)諧波還會對計量裝置造成不同的影響，使它的系數(shù)達不到正常要求，造成電網(wǎng)中的短路情況，嚴(yán)重的還會引發(fā)爆炸現(xiàn)象。同時，諧波在電力系統(tǒng)中對于繼電器等保護裝置也有著一定的影響。

2 電力系統(tǒng)中繼電保護的作用

2.1 繼電保護的概念

對于繼電保護來說，它是對電力系統(tǒng)中所發(fā)生的故障以及異常情況等現(xiàn)象進行檢測的過程，并且出一定的預(yù)警信號，將故障與電力系統(tǒng)進行有效的分離。在電力系統(tǒng)的運行過程中，繼電保護裝置是其中必不可少的元件，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生一定的故障后，可能會在短時間內(nèi)造成電流增大、電壓降低的情況，并且電流與電壓之間的相位角也會產(chǎn)生一定的改變，測量阻抗顯著減小，而繼電保護就是通過對電力故障時各個電氣量之間的有效變化，從而構(gòu)成不同的保護結(jié)構(gòu)，達到快速保護的目的。

2.2 繼電保護在電力系統(tǒng)中的作用

對于繼電保護來說，它可以在故障發(fā)生的短時間內(nèi)，立即將故障元件進行有效的切除，并且減輕這個過程中對故障元件造成的損耗，保證電力系統(tǒng)中的其他設(shè)施可以保證正常運行，繼電保護具有一定的自動性和快速性，它可以在第一時間內(nèi)做出有效的反應(yīng)，并且是對電器元件的一種監(jiān)控，可以在多個方向上保證它的運行狀態(tài)，并且避免由于外界干擾對電力系統(tǒng)造成的影響。另一方面來說，電力系統(tǒng)中的繼電保護裝置可以與其他裝置進行有效的配合，并且在條件允許的情況下，提高電力系統(tǒng)運行的可靠性，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生嚴(yán)重性破壞時，將保護設(shè)備快速脫離電網(wǎng)，發(fā)出警報信號，降低財產(chǎn)的浪費，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的自動化和遠程化發(fā)展，促進工業(yè)生產(chǎn)自動控制的變化。

3 電力系統(tǒng)諧波對繼電保護的影響

3.1 對機電型繼電保護的影響

機電型繼電保護裝置是對電力系統(tǒng)中的測量部分、邏輯部分以及執(zhí)行部分進行保護的過程，它是由若干個不同的機電型繼電器組成，可以有效的反映出實時電壓和電流的運行狀態(tài)，通常情況下，如果電力系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生一定的故障，機電型機電保護裝置就會快速的對故障位置進行定位，減少帶來的安全隱患，對于機電型繼電器來說，它是由于電磁感應(yīng)或者電磁力的作用下，產(chǎn)生不同程度的機械動作，并且在繼電器中加入了不同的物理量，從而使其滿足一定的目的。在電力系統(tǒng)的運行這種，諧波會對機電型繼電保護裝置造成一定的影響，這主要是由于這個類型的裝置是經(jīng)過電磁、電力以及機械等方面的多次轉(zhuǎn)換而成，而諧波的產(chǎn)生可能會對電力造成一定的影響，從而導(dǎo)致保護裝置的準(zhǔn)確度降低，速度變慢等現(xiàn)象，還會引發(fā)假性故障的產(chǎn)生，對機電型繼電保護裝置的工作原理造成一定的破壞。

3.2 對微機繼電保護的影響

微機繼電保護是當(dāng)前電力系統(tǒng)中比較新型的一種保護裝置，它是在微型計算機以及微處理器的應(yīng)用下，從而構(gòu)成的保護結(jié)構(gòu)，在計算機的快速發(fā)展下，微機繼電保護裝置的可靠性也有著一定的提高。但是對于微機繼電保護裝置來說，諧波的大小不同也會對其造成不同的影響，它是對輸入信號的一種模擬量變化，但是在電力系統(tǒng)的運行中，還會存在不同程度的干擾諧波，如果在電流互感器的輸入過程中，沒有考慮到這方面的影響，高次諧波采樣頻率有效的轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號，就會對轉(zhuǎn)換器中的數(shù)字量和模擬量的轉(zhuǎn)換產(chǎn)生一定的破壞，而且后續(xù)處理工作可能不會對程序進行有效的錄用。另一方面來說，在微機繼電保護裝置中，它的離散和量化的采樣過程也有著不同的算法，在假定信號輸入的過程中，可能會存在一定的誤差，并且與其他設(shè)備不能形成有效的感應(yīng)。

3.3 對整流型繼電保護裝置的影響

在電力系統(tǒng)中，電力網(wǎng)供電的理想波形是正弦波，而且由于繼電保護裝置中的單向?qū)щ娮饔?，在系統(tǒng)參數(shù)、三相荷載以及接線方式等共同作用下，造成諧波的產(chǎn)生，對于繼電保護工作產(chǎn)生不同程度的影響。高次諧波是其中最主要的影響元素，當(dāng)諧波電壓處于比較高的狀態(tài)時，繼電保護裝置可能會存在操作失靈或者誤動等情況，增加供電系統(tǒng)中電壓自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的誤差。而負(fù)序系統(tǒng)中的高次諧波電流也會對負(fù)序電流產(chǎn)生不同的影響，引發(fā)誤動現(xiàn)象，甚至?xí)茐睦^電保護中的遠程聯(lián)動裝置，導(dǎo)致工作無法再繼續(xù)進行下去。

4 電力系統(tǒng)中抑制諧波的具體措施

4.1 加入濾波器的應(yīng)用

在電力系統(tǒng)中，有效抑制諧波產(chǎn)生和蔓延的主要方法就是在其中加入相應(yīng)的濾波器。濾波器是由電容、電感以及電阻組成的濾波電路，它可以對電源線中的特定頻率以及線路進行有效的整合，從而對特殊波頻信號進行消除工作。從現(xiàn)階段來說，數(shù)字濾波器是比較有效的一種濾波裝置，它與模擬濾波器相對應(yīng)，將電力系統(tǒng)中的運行線路當(dāng)成一個變量，并且對外界的輸入信號進行有效的處理，將輸入信號的波形采取有效的倒置工作，從而實現(xiàn)頻譜修改的目的。

4.2 無源諧波的治理

無源諧波的治理過程主要是將電抗器與電容器串聯(lián)到一起，并且形成一定的回路，在這個回路上，它的諧振頻率需要設(shè)定到不同的振動點上，從而達到濾除多次諧波的目的，在電力系統(tǒng)的運行過程中，這種工作的方法造價成本是非常低的，而且操作簡單，市場需求非常大，許多高次諧波采用的都是這種治理方式，但是在無源諧波的治理過程中，它的濾波效果并不是很突出，不能得到有效的消除，還會存在與系統(tǒng)諧振的可能，需要有關(guān)人員從綜合方面進行考慮和選擇。

4.3 有源諧波的治理

有源諧波濾除裝置是在無源濾波的基礎(chǔ)上，對治理方式的有效改進，它的濾波效果相對來說比較完善，在額定功率的范圍內(nèi)，由電力電子元件構(gòu)成一個共同的回路，并且在這種情況下，產(chǎn)生一個系統(tǒng)的共同頻率，它的應(yīng)用范圍比較廣，包括計算機控制系統(tǒng)以及供電系統(tǒng)等多個領(lǐng)域上，尤其是對于一些大型電力系統(tǒng)中產(chǎn)生的諧波來說，它的消除效果是非常好的，不會受到電子元件的影響，但是由于成本較高，對于一些用戶來說，并不是特別受歡迎和重視。

5 結(jié)語

綜上所述，對于電力系統(tǒng)來說，諧波的產(chǎn)生有著一定的危害，對機電型繼電保護裝置、微機繼電保護等方面都有著一定的影響，有關(guān)人員需要從有源諧波治理、無源諧波治理等方面進行設(shè)計，從而減少諧波對電力系統(tǒng)的破壞，延長它們的使用壽命。

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