電力系統(tǒng)諧波對(duì)繼電保護(hù)的影響

張新 李衛(wèi)華

摘要：繼電保護(hù)裝置是保護(hù)電路安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要組成部分，而在繼電保護(hù)裝置作業(yè)同時(shí)產(chǎn)生的諧波是不可避免的，對(duì)于影響到系統(tǒng)運(yùn)作的諧波，工作人員必須進(jìn)行系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析，最終選擇合理的措施消除諧波，保障電力運(yùn)作正常。本文對(duì)電力系統(tǒng)諧波對(duì)繼電保護(hù)的影響進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；諧波；繼電保護(hù)；影響；對(duì)策

諧波對(duì)繼電保護(hù)的影響很大，如何更好地減小諧波對(duì)繼電保護(hù)的干擾，繼而維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行是繼電保護(hù)工作者的一項(xiàng)值得研究的課題。同時(shí)，通過(guò)繼電保護(hù)自動(dòng)裝置，加強(qiáng)對(duì)諧波的監(jiān)測(cè)從而減小諧波對(duì)電力系統(tǒng)的污染也是力公司的一項(xiàng)迫切任務(wù)。

一、電力系統(tǒng)諧波對(duì)繼電保護(hù)的影響

在電力系統(tǒng)中，當(dāng)繼電器效果降低、動(dòng)作特性畸變時(shí)，電力系統(tǒng)保護(hù)裝置會(huì)發(fā)生誤動(dòng)，甚至拒動(dòng)， 由于不同繼電器的工作原理和設(shè)計(jì)性能不同，因而諧波的影響程度也不同。在高壓直流系統(tǒng)中，諧波對(duì)電力系統(tǒng)的影響較大， 在影響整個(gè)系統(tǒng)的同時(shí)，還會(huì)對(duì)繼電設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，導(dǎo)致電氣設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)行，同時(shí)加快電力系統(tǒng)的損耗，造成輸電線路老化。

1、 諧波對(duì)電磁型繼電器的影響。對(duì)于電磁型繼電器，當(dāng)其諧波含量低于40 % 時(shí)，整體動(dòng)作誤差小于10 % ，但是由于電力系統(tǒng)繼電器是根據(jù)整體電流以及基波電壓來(lái)確定動(dòng)作與否的，因此在動(dòng)態(tài)情況下諧波對(duì)繼電器的影響較大。對(duì)于電流繼電器，諧波的存在會(huì)造成繼電器保護(hù)系統(tǒng)拒動(dòng)；對(duì)于電壓繼電器， 由于諧波畸變電壓影響，基波整定值大于動(dòng)作值， 就會(huì)造成電壓繼電器拒動(dòng)以及欠電壓繼電器誤動(dòng)。例如，在空載投切變壓器時(shí)，會(huì)產(chǎn)生諧波含量較高的勵(lì)磁涌流，且諧波中2 次諧波的分量較大， 這會(huì)造成繼電器誤動(dòng)和電力系統(tǒng)斷路器跳閘現(xiàn)象。

2、諧波對(duì)整流型繼電系統(tǒng)以及距離保護(hù)系統(tǒng)的影響。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，由于基波阻抗值及其誤差較大， 電力系統(tǒng)的諧波電流分量較大，若濾波處理不及時(shí)，不僅會(huì)造成電力系統(tǒng)繼電設(shè)備誤動(dòng)， 同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致誤操作。電力系統(tǒng)相關(guān)調(diào)查顯示， 電力系統(tǒng)諧波含量小于5% 時(shí)，諧波對(duì)保護(hù)設(shè)備的影響較小。但是， 在實(shí)際操作中， 由于各種因素的影響， 電力系統(tǒng)諧波含量通常大于5% ，會(huì)顯著影響整流型繼電保護(hù)系統(tǒng)以及距離保護(hù)系統(tǒng)。當(dāng)電力系統(tǒng)的電流中存在諧波時(shí)， 由于三相諧波不對(duì)稱(chēng)、不相等，若再加上繼電保護(hù)裝置附近有并聯(lián)電容器， 其對(duì)諧波的放大作用會(huì)使濾波裝置產(chǎn)生較大的諧波， 從而導(dǎo)致電流脈動(dòng)快速變化，最終造成電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的誤操作、誤啟動(dòng)。

3、 諧波對(duì)微機(jī)線路以及負(fù)序啟動(dòng)元件的影響。在電力系統(tǒng)中，電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置主要由電力系統(tǒng)變壓保護(hù)和線路主保護(hù)組成。在負(fù)序電流增量和諧波干擾電力系統(tǒng)的同時(shí)，電力系統(tǒng)濾波器會(huì)形成對(duì)應(yīng)的畸變電壓、電流，影響電力系統(tǒng)的保護(hù)回路，造成相關(guān)設(shè)備誤啟動(dòng)、誤操作。另外， 由于電力系統(tǒng)微機(jī)線路保護(hù)系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備主要由突變量及負(fù)序相關(guān)元件組成，在啟動(dòng)量受到電力系統(tǒng)諧波影響時(shí)， 電力系統(tǒng)邏輯電路、保護(hù)回路就會(huì)出現(xiàn)誤斷，從而產(chǎn)生誤操作。

二、應(yīng)對(duì)電力系統(tǒng)中諧波的有效對(duì)策

1、 諧波抑制方法

對(duì)電網(wǎng)中諧波的抑制常采用兩種措施：一是實(shí)現(xiàn)電力設(shè)施自身諧波的產(chǎn)生量；二是增添濾波設(shè)施降低電網(wǎng)中的諧波。第一種措施常使用多脈動(dòng)整流法，這種方法是按照相關(guān)的規(guī)律將偶數(shù)個(gè)的變流器進(jìn)行組合，借由移相變壓器對(duì)電網(wǎng)的電壓實(shí)現(xiàn)移相，從而確保不同整流橋?qū)λ斎氲碾妷撼霈F(xiàn)一定的相位差，進(jìn)而得到整流負(fù)載電流間的相位差，彼此不同相位差不同的負(fù)載電流在電網(wǎng)測(cè)相互疊加就會(huì)使得所攜帶的次諧波相互削弱與抵消，進(jìn)而使得電網(wǎng)側(cè)電流實(shí)現(xiàn)正弦化矯正。

第二種措施對(duì)諧波的抑制是通過(guò)在設(shè)備中加設(shè)濾波裝置實(shí)現(xiàn)的。其不僅能夠同繼電保護(hù)裝置進(jìn)行協(xié)同合作，更能夠有效消除諧波的干擾等危害，目前廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，有很好的實(shí)際作用意義。濾波器分為有源濾波器和無(wú)源濾波器，在實(shí)際應(yīng)用中，需根據(jù)具體情況而選取最合適的濾波裝置。其中，有源濾波器也叫主動(dòng)式濾波器，其作用方式是產(chǎn)生與諧波大小相等、方向相反的電流，從而抵消諧波的作用。有源濾波器作用效果顯著，但是成本高昂。此外，無(wú)源濾波器也叫被動(dòng)式濾波器，其作用機(jī)制是將電容器與濾波電抗器串聯(lián)，以在諧波的作用頻率下產(chǎn)生低阻抗回路，通過(guò)對(duì)相同頻率的諧波進(jìn)行吸收，起到降低整個(gè)系統(tǒng)諧波危害的作用。無(wú)源濾波器采用的是電容器的補(bǔ)償作用，因此效果不如有源濾波器顯著，使用范圍比較局限，只對(duì)某一頻率的諧波有作用，但是價(jià)格較易承受。

2、增強(qiáng)繼保設(shè)施的方法

（1） 提高繼電器可靠性

提高繼電器的可靠性能有效抵制諧波的危害。提高繼電器的可靠性，首先就要保障繼電器不受或者少受諧波的影響。裝置繼電保護(hù)時(shí)，要充分分析比相判斷，進(jìn)行過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)，并選取弱電繼電器以及元件安裝。同時(shí)，還可以通過(guò)二次諧波的方式產(chǎn)生能夠強(qiáng)化繼電器保護(hù)作用的飽和變流器，從而提高繼電器的可靠性。值得注意的是，有容抗和感抗存在的二次諧波系統(tǒng)容易產(chǎn)生諧振，為了消除由諧振引發(fā)的過(guò)電壓等危害，可使系統(tǒng)中的固有頻率與較高含量的頻率帶保持安全距離。通過(guò)以上方法，均可提高繼電器的可靠性，減少諧波危害。

（2） 增加功率因數(shù)調(diào)節(jié)裝置

在諧波的產(chǎn)生設(shè)備的電源上裝置功率因數(shù)的調(diào)節(jié)裝置，可以從根源上有效減少諧波的產(chǎn)生，從而抑制諧波危害。此方法的有效抵消諧波也提示相關(guān)部門(mén)，在設(shè)備的研發(fā)制造時(shí)就根據(jù)企業(yè)特點(diǎn)充分考慮諧波問(wèn)題，盡量避免諧波的產(chǎn)生，從源頭上有效減少諧波對(duì)電網(wǎng)的污染，而不是污染后再治理。

（3） 提高諧波分析能力

對(duì)諧波的治理，需要依靠精準(zhǔn)的諧波分析手段。實(shí)際生產(chǎn)中，可利用傅立葉變換得到綜合完整的諧波數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后得出分析結(jié)果，指導(dǎo)諧波治理。考慮到電抗器的計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)諧波測(cè)試比較復(fù)雜，且只能應(yīng)用于固定負(fù)載，在實(shí)際分析過(guò)程中應(yīng)遵照實(shí)際的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，全面分析數(shù)據(jù)，并及時(shí)補(bǔ)償功率因數(shù)，從而減少諧波的影響。

（4）增強(qiáng)計(jì)算機(jī)保護(hù)

在完善繼電保護(hù)裝置的同時(shí)，技術(shù)人員還應(yīng)增強(qiáng)對(duì)計(jì)算機(jī)的保護(hù)，具體措施如下：①技術(shù)人員可通過(guò)中間變換器，將系統(tǒng)導(dǎo)入的電壓和電流轉(zhuǎn)換成有著較強(qiáng)適應(yīng)性的數(shù)值后進(jìn)入電力回路，隨后借由濾波器對(duì)電流中攜帶的諧波量進(jìn)行消減，并通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備實(shí)現(xiàn)模與數(shù)的相互轉(zhuǎn)換。最后，還應(yīng)采取措施對(duì)數(shù)字的運(yùn)算處理結(jié)果實(shí)施保護(hù)，把相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字并運(yùn)算后將結(jié)果適時(shí)傳出。②技術(shù)人員在數(shù)字運(yùn)算工作之外，還應(yīng)充分利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的數(shù)字信號(hào)處理設(shè)施。具體而言就是在利用轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)接受的模擬信號(hào)向數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)變后，還應(yīng)運(yùn)用處理手段對(duì)數(shù)字形式的信號(hào)再次處理，并將最終結(jié)果還原為模擬信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)具體的時(shí)間量化工作。需注意的是所采用的數(shù)字信號(hào)應(yīng)使用二進(jìn)制的有限位碼。

綜上所述，諧波對(duì)供電網(wǎng)產(chǎn)生了嚴(yán)重的污染，使配電網(wǎng)的電流、電壓發(fā)生了嚴(yán)重的畸變，這可能造成電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置動(dòng)作的靈敏度降低及保護(hù)動(dòng)作的延時(shí)，從而造成繼電保護(hù)裝置發(fā)生誤動(dòng)作。為了確保繼電保護(hù)裝置的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，相關(guān)人員要充分重視諧波對(duì)繼電保護(hù)造成的影響，必須深入分析諧波對(duì)各種不同性能繼電保護(hù)裝置造成的影響，并采取有效地措施，確保供電網(wǎng)的安全、可靠運(yùn)行。

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