變電站電子設備諧波產生原因及對電流保護的影響

王中明+王麗麗+于海礁+于志勇+任東博+杜金財+周維宇

摘 要：當今社會，科技不斷發展，人們的生活水平也不斷提高，因此，供電和配電系統的電能質量也越來越受人們關注，所以，必須提高供、配電系統電能質量，由于電子電力設備具有反應快速的動作特性，而且這種特性可以提高系統運行的可靠性，所以，大量的電力電子設備不斷在供、配電系統中得到使用。然而，凡事有利有弊，雖然這些電力電子設備帶來了高質量的供電和配電，但是他們也造成了各種危害，比如說造成了系統的運行隱患，更甚者，繼電保護的可靠動作也受到了很大程度的危害。

關鍵詞：電力電子設備；配電系統；電流保護；故障；諧波

引言

配電系統相當于一種樞紐，在發電系統、輸電系統和用電負荷之間起聯絡作用，因此，不能輕易改變配電系統，萬一配電系統被改變，那么，整個配電系統的正常運行都會受到影響，所以，即使要改變配電系統，它也必須以配電系統的正常運行為前提。在這些裝置的構成方面，電力電子器件是主要元素，它可以控制單元和整流逆變單元，同時它的動作特性反應快速，為整個系統的可靠性提供了一定的保障。但是，這些電力電子設備仍然存在問題，仍然需要不斷改進和提高。

1.電力電子設備的應用及諧波的產生

電能質量的優劣關乎電力系統的狀態理想與否，人們對電能質量的衡量主要有兩種方式，一種是用規定的電壓水平衡量，另一種是使用頻率的指標來評價電能質量。非線性負荷的電力電子設備會對實際的電力系統產生很大的影響，有時電壓電流波形的畸變就是由其造成的，當發生這種現象時，系統中的各種電力設備就無法正常運行，用戶和通訊線路的信號傳輸也會遭到破壞，這也就意味著整個電路遭到很大破壞。

1.1晶閘管整流設備

晶閘管整流應用在社會各方面都得到了廣泛的應用，比如無功補償裝置、動態電壓恢復器及電力機車等方面，由于應用過于廣泛，所以它就給電網造成了大量的諧波。晶閘管整流裝置之所以會造成大量的諧波，就是因為它常采用移相控制，缺角的正弦波從電網中吸收，另一部分就會留下，而大量的諧波就存在于留下的缺角正弦波中。

1.2變頻裝置、電弧爐、電石爐

變頻裝置之所以有很復雜的諧波成分，是因為它采用了相位控制，它的復雜性體現在它不僅有整數次諧波，而且還含有分數次諧波，同時，它對電網造成的諧波隨著變頻調速的發展逐漸增多。直流電弧爐采用的是整流器饋電，它最突出的特點就是經濟高效，所以，它在工礦企業中使用頻繁，而且鋼鐵冶煉企業對其更是重視，鑒于以上諸多原因，它被列入電力電子設備的行列。

2.電力電子設備引起的諧波的影響

2.1 電力電子設備引起的諧波對配電系統的影響

一般情況下，并聯電容器連在負載母線上有諸多好處，其中之一就是可以將負荷的無功功率補償出來，以此提高系統的功率因數。此外，對于系統諧波的濾除主要是由專門的濾波器實現的，這種濾波器主要由電容器和電抗器組成。他們之所以可以濾波，是因為在工頻頻率下，系統的感抗小于這些電容器的容抗，幾乎沒有諧振產生。不過，在諧波頻率方面，如果系統感抗大幅度增加，但是容抗大幅度減小的話，諧振也是會出現的。

2.1.1在電力系統中，高次諧波的傳遞會造成很大的破壞，它會損耗很多能量，各種電網原件也會產生諧波損耗，比如銅損問題的出現，另外，設備在運行過程中會發熱甚至過熱，機器噪音會擾民，這些負面影響出現后整個工作的效率也會降低。同時，機械還會出現損傷和熱耗問題，這種問題的出現主要是由旋轉設備產生反方向轉矩而造成的，高次諧波的負序分量是導致這種后果最大的可能性。

2.1.2諧波還會有事故威脅，如果諧波引起并聯諧振和串聯諧振，那么諧波就會被無限制的放大，諧波放大之后，就會很容易發生危險事故。

2.1.3電力系統中的各種自動裝置、繼電保護裝置以及電子儀表的設計運行頻率為基波頻率，這也是諧波為什么會損害這些裝置的原因，同時，如果這些設備在基波頻率下的電壓或電流的動作為整定值，那么，一旦系統有諧波存在，諧波就會導致種種裝置產生錯誤指令，甚至出現失靈現象。

2.2 電力電子設備引起的諧波對繼電保護的影響

為了保證系統的安全和人身安全，加裝繼電保護是很有必要的，不光電力系統需要，配電系統也是如此。因此，繼電保護必須很有效力，它要對電力系統的各種現象進行區分并解決，對于異?，F象要及時反饋，分析出發生故障的元件和部分，盡最大可能尋找可測參量的“差異”，將這些可測參量的“差異”提取出來，然后并利用提取結果實現對非正常運行狀態的快速“區分”。不同的配電系統具有不同的繼電保護設備，因為要根據各種各樣的系統具體問題具體分析，不同的類型、不同的安裝地點，當然就會有不同程度的諧波影響，其中可能引起繼電保護誤動、拒動的情況也有諸多方面。

3.有諧波電流下電流保護的實現

3.1電流保護的配合及基本應用

反應與電流升高而動作的保護有電流速斷保護、限時電流斷速和定時限過電流保護。按照不同的原則來選擇啟動電流是它們之間最主要的區別。速斷、限時速斷、過電流保護分別按照躲開本線路末端的最大短路電流、躲開下級各相鄰元件電流速斷保護的最大動作范圍、躲開本元件最大負荷電流來整定的。

3.2區分故障電流和諧波電流的基本思路

一般，各種類型的電流保護都屬于量度式繼電保護裝置，基于對各電氣量在系統正常運行和故障運行的兩種不同運行狀態下存在的差別進行分析完成其整定值的設置，這種方法沒有考慮不正常運行狀態的運行特性，因此經常配合使用頻率測試儀以區分故障電流和不正常運行狀態時的電流。

4.結論

諧波，是任何一種電網都會產生的，但只有當諧波的含量達到了某一程度，尤其是當在諧波頻率下發生了諧振時，將流入系統中的諧波電流放大幾倍甚至十幾倍，才會影響電網中各種設備的正常運行。諧波諧振、諧波放大的現象隨著越來越多的電力電子設備應用于配電系統中而產生，其給配電系統帶來許多不良的影響，尤其是對繼電保護的影響；另外，在配電系統中的任何一種“改變”，都會在一定程度上改變系統的阻抗結構，從而引起電壓、電流及等效阻抗的變化。因此相關技術領域人員需要投入更多的關注。

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