有關電力系統諧波對繼電保護的影響分析

摘 要：隨著社會經濟的發展，各行各業及居民對電能的需求量與日俱增，電能帶給企業及居民便利的同時，其安全性也影響著企業正常生產和居民正常生活。如果出現停電事故，企業將會蒙受巨大的經濟損失，居民的日常生活也受到影響，也會影響社會的和諧和穩定。所以，電力部門必須對電網的安全及穩定運行的繼電保護技術有足夠的重視。本文主要對電力系統諧波進行分析，闡述其對繼電保護的危害，最后提出一些防范的措施，為電網的正常運行提供一些參考。

關鍵詞：電力系統；諧波；繼電保護；危害

中圖分類號：TM77 文獻標識碼：A

隨著電力系統的不斷發展，很多新型電氣設備不斷的運用到電力系統中，社會生活中的非線性負荷也逐漸和電網接軌。這些負荷在電網的運行過程中，可以產生大量的諧波，諧波對電力系統及電網設備都會出現嚴重的影響，使電能的質量下降。尤其在高壓直流輸電過程中，電力系統受諧波的影響非常嚴重，一旦受到諧波的影響，會造成電氣設備異常運轉或導致電力系統短路。使電力設備受損、絕緣設備性能降低，使用壽命下降。同時，諧波還會影響電力系統的繼電保護及自動裝置發生拒動，從而導致事故的發生，造成電力系統的安全運行受到威脅。所以，本文通過對諧波的分析，闡述其對繼電保護及自動裝置的影響，尋找消除影響的方法和措施。

1 諧波分析

1.1電力系統中的諧波

根據國際標準電工定義，諧波是一個周期電氣量的正弦波分量，諧波的頻率是基波的整數倍。近些年，一些研究者把非基波整數倍的頻率分量定義為分數諧波或稱為間諧波，把頻率小于工頻的分數諧波稱為次諧波。而本文研究的重點是基波 整數倍的諧波，對其它類型不進行分析。現階段，由于大量得分線性負荷接入電力系統，在設備與電網連接后，系統中的電流、電壓會出現高次諧波，這些諧波會降低電能的質量，嚴重的會威脅到電力系統的安全和運行，是目前電力系統的公害之一。

1.2電力系統中諧波的危害

由于電力系統中的諧波對電力系統而言，其危害比較嚴重，綜合起來主要包括以下幾個方面：第一，對電網的整體質量產生影響；第二，嚴重危害電力設備的使用；第三，影響電力設備的正常運行；第四，干擾弱電系統的設備的正常運行。

1.3繼電保護的作用

如果電網中的變壓器、發電機及輸電線路等電氣設備發生故障，系統就會自動啟動繼電保護裝置。如果故障是由于設備短暫出現問題，那么繼電保護裝置會對故障進行切除，然后閉合繼續供電，保證電網的穩定、完全運行；要是設備故障是由于設備持續出現問題，那么繼電保護裝置應該在切除故障之后，采取有效的措施繼續供電，這樣就能保證電網的穩定、安全運行。所以，在電力系統及電力設備安全運行方面，繼電保護裝置的作用非常重要。

2 電力系統中供電諧波對繼電保護的影響

2.1影響電磁型繼電器

如果諧波的含量低于百分之四十時，那么諧波的整定值出現的誤差就將低于百分之十，然而，由于繼電保護裝置的整定是根據基波電壓或者電流進行的，因此在分靜態狀況下必然會對諧波造成一定的影響。諧波存在的時候，就會造成電流繼電器出現保護拒動現象，如果繼電器被含有諧波的電壓作用時，那么電壓繼電器整定值要比其動作值低很多，所以就會引起電壓器的拒動。對空載變壓器投切時，往往會出現含量非常高的諧波勵磁通流，高次諧波分量會造成繼電器的誤動，一旦出現誤動，斷路器就會立刻跳閘。

2.2影響感應型繼電器

受磁場作用的影響，在感應型繼電器的圓盤或者圓筒內會出現感應電流，感應電流會與設備中的磁場產生相互會見的作用，進而出現電磁轉矩，造成圓盤或者圓筒轉動。感應型繼電器的可動部分由于具有較大的慣性，動作速遞相對比較慢，諧波轉矩對其造成的影響不是很大。根據電力莊家的測算，由于諧波產生的畸變電流中諧波分量會在繼電器磁盤內產生一定的轉矩影響，而繼電器的靈敏度隨著電流頻率的增加逐漸見降低，特別是在三次諧波和五次諧波電流造成的轉矩，很大程度上對繼電器的靈敏度產生影響，主要原因在于畸變電流在繼電器磁盤上造成的轉矩值與電流中各次諧波分量產生的轉矩與基波分量之和是相等的。因為諧波電流分量造成的轉矩值有正有負，所以繼電器有可能產生誤動，也有可能產生拒動，主要還是由諧波分量的有效值與諧波間相位差所決定的。

2.3影響整流型繼電器

諧波對整流型繼電器也會產生較大的影響，整流型繼電器的特點主要有：把輸入的幾個交流量進行組合，對組合進行整流，或者對一個輸入交流量進行整流，把所得的電流信號或電壓信號及其動作作為判斷的依據，決定繼電器的動作。通常相隔兩個∏/n時有凸點或凹點出現，如果諧波含量越大，那么凹凸的情況就越明顯。例如：假設兩個電氣量的環形整流比相器回路構成的方向阻抗繼電器，回路中如果含有諧波分量時，就會造成其動作特性的改變，由規則的圓形變為不規則的封閉曲線，并且在曲線中存在很多歌凹凸不平的點。如果輸電線路出現接地短路的故障，那么電流中的諧波含量也會增大，此時整流型繼電保護裝置會出現拒動。導致這一現象出現的主要原因是由于電流回路中含有諧波分量，環形整流比相器以輸出交流分量為主，導致繼電器動作特性不規則、不光滑，出現破損現象。所以，在繼電器的設計時，就要將諧波的影響考慮進去。

2.4影響靜態性繼電器

在靜態保護中，主要采用靜態繼電器和固態繼電器兩種繼電器，有無機械運動的器件組成。該裝置可以有效的將諧波影響消除掉，所以在目前也成為人們最受關注的保護裝置。根據相位比較原理，組成該繼電器，對兩個交流電量的比較可以采用微分比相器和積分比相器來實現。兩種比相器都受到諧波分量的影響：對積分比相器的影響主要是各半波積分比相器進行比較，分別是正半周或者負半周極性相同的時間，如果進行比較的鏈各個電量中，任意一個含有諧波分量，它的方波就會被切成碎塊，這就可以使積分電壓降低，其后邊的觸發器也就不能被處罰，造成保護拒動；微分比相器主要是將兩個交流電量全部轉換為方波，然后將其中之一通過微分電路使其產生脈沖，然后與兩外一個方波進行對比，如果存在諧波，那么就會出現多個微分脈沖，這樣就增加了交流電量過零點的概率，會出現保護誤動的現象。如相差保護中，短路時出現的高次諧波與直流分量疊加，而半波比相器就會輸出電流，造成保護出現誤動現象。

3 消除諧波的措施

在電力系統中，針對諧波消除的方法有很多，各種方法都有其利弊，但整體上而言，對諧波的消除主要從限制其震蕩過電壓的產生入手。首先，為了防止匹配成諧波振參數，就需要改變電網對互感器或地容抗的感抗；其次，為了防止諧波振的出現于發展，采取在零序回路內增加阻尼的方法進行限制。因此，主要采取以下幾種設計方法來達到這一目的：第一，選擇性能良好的電磁式電壓互感器或者是采用電容式電壓互感器；第二，提高電網的對地電容；第三，保證電壓互感器的中性點不接地；第四，在互感器三角繞組端口處接阻尼電阻或者接消諧裝置；第五，在中性點處經過消弧線圈處接地；第六，在互感器高壓側中性點經電阻接地或者經大電容接地。

在互感器開口處的三角繞組端，設置消除諧裝置，可以通過瞬間斷續觸發接在電壓互感器開口的雙向可控硅，這樣就可以保證短接電壓互感器瞬間斷續，使得諧振回路阻尼以及系統自身的零序電壓在零序電阻的作用下增加，從而釋放出諧波振能量。如果阻尼電阻是接在電壓互感器開口三角繞組端進行消諧時，那么消諧的作用和外接阻尼電阻大小有直接關系，電阻越小，效果越好。電阻為零時，效果最好。在雙控硅瞬間斷續短接時，與外接阻尼電阻為零是一樣的，不會影響其他繼電器及自動裝置的運行。根據實踐檢驗，這種裝置對電流系統多頻諧波振的問題有效的進行了解決，此外，該裝置不但可以分辨諧波振的頻率，還能及時檢測到諧波，并采取有效的措施消除諧波，對諧波振接地及電網故障可以進行區分，不會造成自動化裝置及繼電器的故障，裝置設置簡單可靠，不涉及一次設備，對無人值守的自動化變電站較為適用。

結語

隨著電力系統中越來越多的采用電子電力設備，對配電系統的正常工作產生了較大影響，尤其是繼電保護方面受到的影響最大，諧波問題目前已經備受關注。此外，電力系統的中變動會使系統的阻抗結構產生變化，造成電壓、電流及阻抗也發生改變。所以，對于繼電保護而言，其本身就不能受外界的干擾，所以，應該對繼電保護設備的正常運行進行保障，對出現的故障及設備異常運行應該采取有效的措施及時進行解決。

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