淺析電力系統諧波對繼電保護的影響

劉曉寅

摘 要：現代社會發展對電力系統提出了更高要求，尤其是新型電氣設備的出現使得電力系統諧波問題日益嚴重，由于諧波對電力系統安全運行有很大影響。因此，需要研究電力系統諧波對繼電保護的影響，以便采取合理措施加以預防。為此，文章將從諧波基本情況入手，結合導致諧波出現的原因，研究諧波對繼電保護會產生哪些影響。

關鍵詞：電力系統；諧波；繼電保護

前言

經濟的發展帶動了電子技術發展，很多工業企業將可控硅整流裝置與換流逆變設備應用其中，致使電力系統波形發生畸變，從而衍生出諧波，嚴重影響電力系統安全運行，特別是對電力設備危害較大，降低了電能質量。為減少諧波對電力系統的破壞，促使電力系統繼電保護裝置能夠安全穩定運行，研究諧波所帶來的負面影響，以便有針對性的采取措施加以解決。

1 諧波的概述

諧波（HW）最早出現與聲學領域，從國際電工定義中可以得知，它屬于周期性電氣量正弦波分量，它的頻率是基波的整數倍。對于發生畸變波形的研究以傅里葉變換最有代表性。在傅里葉變換中，對于其周期電流的畸變與電壓波形展開以后可以得到以下公式：

其中：IK和VK所代表的是第h次是諧波電流的有效值，而？茲k和 ？漬k代表的是第h次是諧波電流的相位，wo代表是基波角頻率，K所表示是的最高次諧波階數。

2 電力系統中導致諧波出現的原因

諧波并不是存在于所有的電力系統中，而是在電氣化鐵路、汽車充電站的設備中出現較多。在電力系統用戶中，電氣化鐵路屬于一個特殊群體，它的負荷情況與其他不同，存在一定的非線性與不對稱性，總體波動較大。當機車處于運行狀態時，就會出現明顯的非線性，并將大量諧波電流注入到電力系統中，成為電力系統中最大的諧波源，再加上機車經常需要開停，這樣一來就會提升有功沖擊能力，使電力系統出現電壓波動甚至閃變情況。之所以會在電力系統中出現諧波，主要在于可控硅整流設備，該設備在實際運行中整體情況并不理想，尤其是并不為零，這樣就降低了平波電抗器的能力，導致輸出的電流帶有脈動，三相交流系統難以實現對稱，這樣就使諧波出現。

3 電力系統諧波對繼電保護的影響

3.1 對電磁型繼電器的影響

在HW的含量在40%以下時，諧波整定值誤差通常都在10%以下，但由于繼電保護裝置通常要按電流或基波電壓進行整定。因此，在分靜態的作用下就會對諧波產生一定影響[1]。當諧波出現時，將會引發電流繼電器保護拒動，一旦繼電器處于諧波畸變電壓作用，其基波的整定值就會比動作值低很多，這樣一來就會出現過電壓器拒動情況，導致誤動作出現。如果在此時投切空載變壓器，也會出現較高的諧波勵磁通流，致使繼電器發生誤動，出現斷路器并發生跳閘情況。

3.2 對感應型繼電器的影響

當感應型繼電器處于磁場環境中，其中的圓筒就會受到感應電流影響，同時感應電流將與設備另一磁場發生作用，導致電磁轉矩出現，這時感應型繼電器中的圓筒就會轉動起來，由于這種繼電器可以變動的部分慣性較大，但速度較慢，使得諧波轉矩對其影響也很小。據權威人士介紹，那些受到畸變電力影響的諧波對繼電器轉矩影響較大，繼電器的啟動靈活性也會隨著降低，這主要是由于受到了畸變電流的影響，降低了其轉矩能力[2]。同時，由于諧波電流分量不僅有正值轉矩，還有負值轉矩，這樣一來就使繼電器很容易出現誤動作。與此同時，諧波分量有效值和諧波相位差也會對著一結果產生影響。此外，由于繼電器受到諧波影響，還會導致過零點數目增加，致使繼電器實際作用時間比規定時間小很多（如圖1所示）。隨著完整波數量的不斷增多，繼電器作用點出現錯誤的機率也會隨之增加。因此，在設計階段應給予足夠重視。

圖1 在同時間中含有諧波的波形過零點示意圖

3.3 對整流型繼電器的影響

對于整流型繼電器而言，主要有以下特點：在這一過程中基本是將交流領組合在一起實現整流目標，或對其中的一個交流量整流。經過整流的電壓信號和動作通常會影響到繼電器動作性質[3]。一般以兩個電氣量為例，在一個電流回路中代用諧波分量，那么它的動作特性就會不再以圓形出現，而是以不規則封閉曲線呈現出來，同時在曲線中帶有很多凹凸點。如當輸電線路出現短路情況以后，電流中的諧波分量就會逐漸增大，整流型保護裝置也會出現拒動情況。之所以會出現這種情況，主要在于電流回路中進入了諧波分量，導致環形整流分量增大，正也會使繼電器動作受到很大影響。所以，在繼電器設計階段一定要將諧波納入影響范疇。

3.4 對靜態型繼電器的影響

在靜態保護中一般都將靜態繼電器也固態繼電器作為主要繼電設備，并將無機械運動作為主要電子器構件，能夠消除諧波所帶來的不良影響，引起具有這樣的特性使得靜態保護成為人們關注重點。在靜態型繼電器保護中有兩種交流電量，在比較時可以用比相器來完成。如在研究相差保護時，若發生短路情況就會導致直流分量出現，同時高次諧波也會出現，這樣一來很容易出現保護誤動作。

4 消除電力系統中諧波的最有效辦法

首先，監測與分析諧波，構建完善的電網諧波檢測系統，特別是要做好高含量諧波系統的繼電保護工作，實時了解系統中諧波與潮流分布情況[4]。其次，將濾波器安裝在內，如可以將有源電力濾波器安裝在內，并以動態形式抑制諧波，補償無功新型電力電子裝置，這一裝置安裝以后，就能根據諧波情況進行補償，尤其是能夠檢測出其中的基波分量，減少電網阻抗，降低諧波對電力系統的危害。最后，使用高功率因數整流設備，并對其進行改造，使其不產生諧波，確保其電流與電壓處于相同相位。但這種方法只能應用于設備設計階段，也只有這樣才能使諧波得到更好的抑制。

5 結束語

諧波對電力系統繼電保護有很大危害，嚴重影響電力系統的安全運行，限制電力系統應有作用的發揮，給電力企業和用電用戶都或帶來很大影響。因此，需要根據實際情況采取措施加以解決。

參考文獻

[1]楊蜀.電力系統諧波對繼電保護的影響分析及應對措施[J].機電信息，2013，21：24-25.

[2]李大軍.淺析電力系統諧波對繼電保護產生的影響及防范措施[J].機電信息，2012，33：18-19.

[3]陳震.有關電力系統諧波對繼電保護的影響分析[J].中國新技術新產品，2012，24：75-76.

[4]謝鵬.電力系統中諧波對繼電保護的影響[J].企業科技與發展，2011，21：54-56.