諧波對繼電保護的影響與應對策略

【摘要】為了提高電網運行的安全性與穩定性，本文主要針對諧波的產生、諧波的危害進行了簡單分析，提出了諧波對繼電保護的影響，探討了應對諧波對繼電保護的影響的策略。

【關鍵詞】諧波；繼電保護；影響；應對策略

目前，越來越多的電子設備投入到配電系統中，使得系統運行效率大大降低，尤其是諧波的產生，其影響更大，這些問題引起了人們的高度重視。因此，對諧波對繼電保護的影響與應對策略的探討有其必要性。

1.諧波的產生

一般而言，在電力系統中，諧波產生的主要原因就是由于非線性原因所導致的，若負荷是線性時，如純阻性負荷，那么電流波形與電壓相同。但如果負荷中存在非線性的負荷 ，就會造成電流或電壓的波形不規則，既造成了諧波。通常情況下，通過以下公式來表示關于諧波與電流信號的關系：

k =1的分量為基波，

k =2的分量為二次諧波，

k=n的分量為n次諧波，

其中，k為奇數的分量為奇次諧波，k為偶數的分量為偶次諧波。

2.諧波對繼電保護的影響及危害

諧波是電力網中的一種污染，會導致電機發熱產生故障、電力保護誤動作、電腦通訊設備受干擾等等，所以其所造成的影響和危害也是很大的，大體主要表現在以下幾個方面：

2.1對用電設備的影響

用電設備在諧波的作用下，絕緣部分會發生老化，進而也就縮短了它的壽命，同時，還要降低測量儀器的準確性，進而引導自動裝置的誤操作和保護裝置，一般來講，電力系統的諧波含量在10%-40%以上，主要影響到的設備有旋轉電動機鐵芯設備、并聯電容器、斷路器、電子設備、繼電器保護、通信線路、電纜線路，可以說，諧波對所有用電設備都會有影響，降低設備使用壽命、造成繼電保護設備誤動作、使設備過熱、干擾電子設備等等。

2.2噪聲污染

諧波的產生會使得電力系統中的用電設備發生振動或者是噪聲，諧波電流的頻率與轉子部件的固有頻率相相近時，就必然會產生振動，同時伴隨著很大的噪聲。

2.3污染電網

在電網中，諧波如果過于嚴重，除了會影響到用電設備的正常工作以外，甚至于還會引發用電故障，進而會對公用電網注入更多的電流，使得電網發熱、超載，導致電力系統無法正常輸送，嚴重時，還會引起火災。

2.4影響變壓器的正常工作

在電力系統中，變壓器呈現三角形連接，一旦有電流侵入，就會形成環行電流，尤其是對于3次諧波電流，最終導致中性線發熱，從而影響了繼電保護的可靠性。

3.繼電保護的重要性

在繼電保護中，主保護主要包括比例差動、差動速斷、零序比例差動、工頻變化量比例差動；后備保護，主要是相間阻抗、過流保護、阻抗退出過流保護、零序過流、過激磁、啟動冷卻器、過負荷、零序過壓等，其中，相間阻抗就是指正向、反向阻抗可整定，可經過振蕩閉鎖，而過流保護可經過復合電壓閉鎖，阻抗退出過流保護是由TV斷線引起的阻抗退出后投入；零序過流是I、II段可經方向和二次諧波閉鎖；過激磁具有反時限過激磁功能；等，這些都保證電力系統正常運行的根本。一旦電網中的電力設備發生故障，繼電保護就可以通過自行啟動，維持電網的穩定、安全運行。

4.諧波對繼電保護的影響

4.1對繼電器的影響

由于繼電器是按基波電壓或電流整定的，那么在分靜態的狀況下，一定會影響到諧波，當諧波的含量在40%以內時，電流繼電器就會產生拒動，造成電壓繼電器整定值降低，進而繼電器就會產生拒動；若是較高的諧波電流通過時，繼電器則會誤動，那么斷路器就會立即跳閘。

4.2對感應繼電器的影響

感應繼電器在磁場的作用下，會產生感應電流，當這一電流與電力設備中的另一磁場發生作用，就會產生轉矩，此時圓盤和圓筒就會發生轉動，若是呈現非線性負載，即會使得大量電能消耗，而且還會導致高次諧波產生，進而電力系統中的電流波形、電壓波形都發生畸變，功率因素也隨之降低，自然就會產生噪聲、振動以及電氣設備過熱的現象。

另外，諧波電流分量產生的轉矩可正可負，因而，繼電器可能產生誤動也可能產生拒動，其后果由各同次頻率諧波間的相位差以及諧波分量的有效值而定。在運行時，電力系統的局部在諧波的影響下，不論是串聯諧振，還是并聯諧振，諧波的分量都會不斷放大，電容器及設備極易燒毀，這樣，自動保護裝置和繼電保護就會發生誤動作，電能計量也呈現一片混亂的現象，造成斷晶、錯位的現象，進而引起跳閘，最終影響到產品的質量和電力安全。

5.諧波對繼電保護影響的應對措施

為了提高電網運行的穩定性，提高電網運行效率，減少諧波對電網造成的影響，保證電網的安全性，本文主要提出了以下保護措施：

首先，繼電保護裝置要盡量不用受諧波影響大運用原理以及電氣元件，如比相判斷、過零點檢測、弱電繼電器；在變壓器差動保護中，可以采用二次諧波的方式進行飽和變流器對繼電器加強保護；同時，在二次系統中，由于容抗和感抗的存在，可能會產生諧振，所以，系統中的固有頻率，要遠離較高含量的頻率帶，可以消除諧振所產生的過電壓，進而提高繼電器的可靠性。

其次，在繼電保護系統中，可以設計軟件濾波器和硬件濾波器，一種是用濾波器，包括：有源濾波器、無源濾波器，通過對濾波的有效處理，將諧波產生的干擾消除，這也是目前電力系統中常用來消除諧波的方式，在實施中，具體方法如下：其一，源濾波器，也稱為主動式濾波器，其主要原理是通過產生于諧波方向相反，大小相等的諧波電流，來抵消系統中的諧波。其濾波器效果廣，但是成本較高；其二，無源濾波器，也稱為被動式濾波器，其主要原理是通過電容器與濾波電抗器串聯在一起，在諧波頻率下形成一個低阻抗回路，用來吸收該頻率的諧波，從而達到降低系統諧波的功能。無源濾波器也就是電容器的補償方式，但是無源濾波器的使用范圍較窄，只能濾除單一階次的諧波，因此，在實際應用中，一定要根據實際情況進行合理的選擇。

第三，對產生諧波的設備的電源加裝功率因數調節模塊，為此，需要在設備制造時，就應該考慮到這個問題，進而從根本上解決諧波問題，進行控制電網的諧波污染嚴重的現象。

第四，在電力系統中，安裝諧波治理裝置，減少對電焊機的損壞，這是因為電力設備之間可能互相干擾，通過這種方法，來提高電力設備工作的穩定性，也可以提高系統的功率因數，減少因諧波帶來的電能損失等等，在實際應用中，可以將諧波治理裝置和補償裝置一起安裝，從而有效控制諧波的影響。

第五，做好諧波分析，利用AD卡獲得電流數據，通過傅立葉變換獲得各次諧波的參數，在通過數據處理給出結果，消除諧波的影響，但是電抗器的計算和現場諧波測試比較復雜，而且只對固定負載有用，若負載出現波動，其濾波效果就會大打折扣，為此，必須要以實際運行為標準，對所有的參數進行分析，對諧波造成的功率因數下降給予補償，從而提高電網運行效率。

6.總結

總而言之，要想保證電力系統的有效運行，提高電網的運行效率，就要正確認識到諧波的產生以及危害性，通過對諧波對電力系統影響的分析，提出有效的解決措施，盡可能地控制配電系統中的一切變動。

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