電力系統(tǒng)諧波對(duì)繼電保護(hù)的影響

楊艷燕　朱永珍　楊黎

【摘 要】隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷革新，電力系統(tǒng)也日益完備，獲得了更進(jìn)一步的發(fā)展。相應(yīng)地也暴露出電力系統(tǒng)中諧波的問題，這對(duì)繼電保護(hù)產(chǎn)生了多個(gè)方面的嚴(yán)重影響。文章將從什么是電力系統(tǒng)諧波及其產(chǎn)生的原因出發(fā)進(jìn)行分析，進(jìn)一步探討電力系統(tǒng)諧波對(duì)繼電保護(hù)造成的具體影響以及相關(guān)的應(yīng)對(duì)措施。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)；諧波；繼電保護(hù)；影響；應(yīng)對(duì)措施

在科學(xué)技術(shù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶動(dòng)下，電力行業(yè)也迅猛發(fā)展，電力系統(tǒng)較之以往更加發(fā)達(dá)完善。而在這之中存在的諧波問題具有很大的負(fù)面影響，不利于保證電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的安全有效性。應(yīng)對(duì)這種諧波造成的影響，必須在詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上采取適當(dāng)措施進(jìn)行解決。本文旨在通過對(duì)諧波及其造成的影響進(jìn)行一個(gè)綜合性的分析，從而為解決諧波問題保障電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的安全性提出可供參考的建議。

1 什么是電力系統(tǒng)諧波及其產(chǎn)生的原因

1.1 什么是電力系統(tǒng)諧波

最開始將諧波這個(gè)詞提出來(lái)的是聲學(xué)領(lǐng)域，并且諧波在上個(gè)世紀(jì)就得到了較多的關(guān)注和研究。通過參考相關(guān)的定義可知諧波的頻率相對(duì)基波來(lái)講是其整數(shù)倍，而諧波也是屬于周期性的電氣量正弦波分量。通常在電力系統(tǒng)中，都將諧波視為一種“污染”。因?yàn)橹C波不僅對(duì)電網(wǎng)造成影響，使其難以得到正常的運(yùn)行，也使得系統(tǒng)中電壓正弦波的質(zhì)量受到影響而降低。在如今的時(shí)代背景下，由于多個(gè)方面的因素造成電力系統(tǒng)中諧波的問題越來(lái)越嚴(yán)重，比如電子設(shè)備和高壓直流輸電在實(shí)際生活中得到廣泛應(yīng)用，以及像電子機(jī)車之類的非線性負(fù)荷不斷增加等都在一定程度上加重了諧波問題的產(chǎn)生，使得電力系統(tǒng)難以在安全的狀況下運(yùn)行。

1.2 電力系統(tǒng)中諧波產(chǎn)生的原因

雖說(shuō)電力系統(tǒng)中的諧波問題比較嚴(yán)重，但是這里所說(shuō)的電力系統(tǒng)并不是指全部而是有所特指，諧波問題通常都出現(xiàn)在汽車充電站以及電氣化鐵路的設(shè)備中。尤其是電氣化鐵路作為電力系統(tǒng)的用戶里比較特殊的一個(gè)，其總體的波動(dòng)是相對(duì)比較大的，因?yàn)樗c其他的負(fù)荷情況有差異，而且包含了一定的不對(duì)稱性及非線性。一般來(lái)說(shuō)機(jī)車在運(yùn)行的過程中非線性往往就會(huì)體現(xiàn)得比較明顯并且電力系統(tǒng)中會(huì)被注入很多的諧波電流，而這便是電力系統(tǒng)中產(chǎn)生諧波的最大來(lái)源。除此之外，機(jī)車的運(yùn)行過程也是在不斷地開停，在這種情況下就使得有功沖擊能力得到提升，進(jìn)而導(dǎo)致出現(xiàn)電壓波動(dòng)或者閃變的情況。而最主要的出現(xiàn)諧波的原因還是與可控硅整流設(shè)備密不可分的，通常在實(shí)際的運(yùn)行過程中這種設(shè)備并不能達(dá)到比較良好的狀況，而且在一定情況下會(huì)使得平波電抗器能力降低，由此在輸出的電流中就會(huì)存在脈動(dòng)，這樣就使得三相交流系統(tǒng)的對(duì)稱性很難得到實(shí)現(xiàn)，而諧波就在這種狀況下得以產(chǎn)生。

2 電力系統(tǒng)諧波對(duì)繼電保護(hù)造成的影響以及相關(guān)的應(yīng)對(duì)措施

2.1 電力系統(tǒng)諧波對(duì)繼電保護(hù)造成的影響

電力系統(tǒng)的諧波會(huì)對(duì)繼電保護(hù)造成很多負(fù)面影響，最后導(dǎo)致保護(hù)裝置出現(xiàn)問題，進(jìn)而無(wú)法保證電力系統(tǒng)的運(yùn)行始終處于一個(gè)的安全狀態(tài)。根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究表明，繼電器的類型不同，遭受諧波的影響也有所差別，接下來(lái)文章將對(duì)幾種具體類型的繼電器進(jìn)行分析。

第一，在感應(yīng)型繼電器中諧波造成的負(fù)面影響分析。就一般情況來(lái)講，感應(yīng)型繼電器中的可動(dòng)部分具有比較大的慣性，所以通常動(dòng)作的速度都相對(duì)不快，因而受到的諧波轉(zhuǎn)矩影響也不太大。這一類的繼電器在受到磁場(chǎng)作用之后，其圓筒或者圓盤就會(huì)有感應(yīng)電流產(chǎn)生，而這種感應(yīng)電流在與另外一種磁場(chǎng)進(jìn)行相互作用后就會(huì)產(chǎn)生能夠推動(dòng)圓筒和圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的電磁轉(zhuǎn)矩。通過對(duì)電流頻率的增加以及各次諧波電流產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的研究實(shí)驗(yàn)表明，其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩是可正可負(fù)的，在這樣的情況之下繼電器產(chǎn)生拒動(dòng)或者誤動(dòng)都是極有可能的，而這個(gè)后果會(huì)依據(jù)諧波分量的有效值和各同次頻率諧波間的相位差來(lái)決定[1]。

第二，在整流型繼電器中諧波造成的負(fù)面影響分析。顧名思義，對(duì)輸入的交流量進(jìn)行整流是這類繼電器最為突出的一個(gè)方面，而在經(jīng)過整流之后的電流信號(hào)或者說(shuō)電壓信號(hào)和相應(yīng)的動(dòng)作判據(jù)會(huì)對(duì)這類繼電器中的動(dòng)作特性起到?jīng)Q定性作用。通常情況下，如果電流回路中通入的電流是含有諧波分量的，就會(huì)最終對(duì)繼電器的動(dòng)作特性產(chǎn)生不良影響，比如破損不光滑的情況容易發(fā)生。而且在特定情況中輸電路出現(xiàn)問題尤其是產(chǎn)生接地短路現(xiàn)象的話，就會(huì)進(jìn)一步增加電流中所包含的諧波分量，致使這一類型的保護(hù)裝置產(chǎn)生拒動(dòng)。

第三，在靜態(tài)型繼電器中諧波造成的負(fù)面影響分析。這種靜態(tài)保護(hù)在近年來(lái)獲得了較高的重視，因其擁有良好的抗干擾性并且能較好地降低諧波帶來(lái)的影響。在這種靜態(tài)保護(hù)中，固態(tài)繼電器以及靜態(tài)繼電器都是較多地被應(yīng)用到的。這種繼電器是在相位比較原理的基礎(chǔ)上構(gòu)成的，一般可以通過微分比相器或者是積分比相器來(lái)達(dá)到兩個(gè)交流電量之間的比較，而這兩種比相器在正常工作中都會(huì)受到諧波不同的影響。在積分比相器中如果諧波分量存在于被進(jìn)行比較的電量中，不管是存在于兩個(gè)中的哪一個(gè)，都會(huì)使保護(hù)拒動(dòng)的情況產(chǎn)生。而在微分比相器中就會(huì)因?yàn)榇嬖谥C波而造成微分脈沖的大量出現(xiàn)，這樣就增加了交流量過零點(diǎn)的幾率，進(jìn)而極容易使得保護(hù)裝置產(chǎn)生誤動(dòng)。

第四，在電磁型繼電器中諧波造成的負(fù)面影響分析。通常繼電器的整定都是依據(jù)的電流或者基波電壓，所以在處于動(dòng)態(tài)情況時(shí)會(huì)受到諧波比較大的影響。當(dāng)諧波存在的時(shí)候，往往欠電壓繼電器非常有可能產(chǎn)生誤動(dòng)的情況，過電壓繼電器會(huì)產(chǎn)生拒動(dòng)的情況，而電流繼電器則主要是會(huì)產(chǎn)生拒動(dòng)。在某些特定情況下產(chǎn)生較高的諧波含量時(shí)，還會(huì)因?yàn)槔^電器誤動(dòng)而導(dǎo)致斷路器出現(xiàn)跳閘情況。

2.2 應(yīng)對(duì)諧波造成影響的相關(guān)措施

諧波問題近年來(lái)受到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注，針對(duì)這個(gè)問題的解決措施也得到了進(jìn)一步的研究。一般說(shuō)來(lái)以下三個(gè)方面的措施是十分值得參考的：第一，嚴(yán)格按照專業(yè)的諧波標(biāo)準(zhǔn)綜合考慮各個(gè)諧波源并進(jìn)行詳細(xì)分析。在這個(gè)基礎(chǔ)之上再對(duì)諧波主要來(lái)源進(jìn)行控制，比如濾波裝置等的應(yīng)用就對(duì)減少污染具有十分重要的作用。第二，建立一個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)中的諧波進(jìn)行監(jiān)視和分析，便于更好地對(duì)諧波進(jìn)行掌控。第三，針對(duì)一些嚴(yán)重受到諧波影響的繼電保護(hù)設(shè)備更要將強(qiáng)監(jiān)視和檢查，并且適當(dāng)應(yīng)用技術(shù)提高繼電器的性能，使其能夠更好地抵抗諧波干擾。除去以上這些具體措施外，還應(yīng)多加研究和分析，采用先進(jìn)技術(shù)更好地解決諧波問題，保障電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全[2]。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，電子系統(tǒng)諧波對(duì)繼電保護(hù)產(chǎn)生的負(fù)面影響是比較大的，相關(guān)部門及技術(shù)人員應(yīng)予以高度重視并致力于采取措施解決這個(gè)問題。在電力系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展中，諧波問題將會(huì)成為一個(gè)比較明顯的障礙，只有不斷與時(shí)俱進(jìn)，加強(qiáng)對(duì)這個(gè)問題的研究并發(fā)展相關(guān)技術(shù)措施，重點(diǎn)關(guān)注受諧波影響較大的繼電保護(hù)設(shè)備，才能促使電力系統(tǒng)的發(fā)展更加安全。

【參考文獻(xiàn)】

[1]孔海波，石慶喜，馮德品.電力系統(tǒng)諧波對(duì)繼電保護(hù)的影響探究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015（20）.

[2]楊蜀.電力系統(tǒng)諧波對(duì)繼電保護(hù)的影響分析及應(yīng)對(duì)措施[J].機(jī)電信息，2013（21）.

[責(zé)任編輯：王偉平]