變電站電子設(shè)備諧波產(chǎn)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(dāng)今社會，科技不斷發(fā)展，人們的生活水平也不斷提高，因此，供電和配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量也越來越受人們關(guān)注，所以，必須提高供、配電系統(tǒng)電能質(zhì)量，由于電子電力設(shè)備具有反應(yīng)快速的動作特性，而且這種特性可以提高系統(tǒng)運行的可靠性，所以，大量的電力電子設(shè)備不斷在供、配電系統(tǒng)中得到使用。然而，凡事有利有弊，雖然這些電力電子設(shè)備帶來了高質(zhì)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(tǒng)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(guān)鍵詞：電力電子設(shè)備；配電系統(tǒng)；電流保護；故障；諧波

引言

配電系統(tǒng)相當(dāng)于一種樞紐，在發(fā)電系統(tǒng)、輸電系統(tǒng)和用電負荷之間起聯(lián)絡(luò)作用，因此，不能輕易改變配電系統(tǒng)，萬一配電系統(tǒng)被改變，那么，整個配電系統(tǒng)的正常運行都會受到影響，所以，即使要改變配電系統(tǒng)，它也必須以配電系統(tǒng)的正常運行為前提。在這些裝置的構(gòu)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(yīng)快速，為整個系統(tǒng)的可靠性提供了一定的保障。但是，這些電力電子設(shè)備仍然存在問題，仍然需要不斷改進和提高。

1.電力電子設(shè)備的應(yīng)用及諧波的產(chǎn)生

電能質(zhì)量的優(yōu)劣關(guān)乎電力系統(tǒng)的狀態(tài)理想與否，人們對電能質(zhì)量的衡量主要有兩種方式，一種是用規(guī)定的電壓水平衡量，另一種是使用頻率的指標(biāo)來評價電能質(zhì)量。非線性負荷的電力電子設(shè)備會對實際的電力系統(tǒng)產(chǎn)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(dāng)發(fā)生這種現(xiàn)象時，系統(tǒng)中的各種電力設(shè)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(shè)備

晶閘管整流應(yīng)用在社會各方面都得到了廣泛的應(yīng)用，比如無功補償裝置、動態(tài)電壓恢復(fù)器及電力機車等方面，由于應(yīng)用過于廣泛，所以它就給電網(wǎng)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(wǎng)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(fù)雜的諧波成分，是因為它采用了相位控制，它的復(fù)雜性體現(xiàn)在它不僅有整數(shù)次諧波，而且還含有分?jǐn)?shù)次諧波，同時，它對電網(wǎng)造成的諧波隨著變頻調(diào)速的發(fā)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(jīng)濟高效，所以，它在工礦企業(yè)中使用頻繁，而且鋼鐵冶煉企業(yè)對其更是重視，鑒于以上諸多原因，它被列入電力電子設(shè)備的行列。

2.電力電子設(shè)備引起的諧波的影響

2.1 電力電子設(shè)備引起的諧波對配電系統(tǒng)的影響

一般情況下，并聯(lián)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(tǒng)的功率因數(shù)。此外，對于系統(tǒng)諧波的濾除主要是由專門的濾波器實現(xiàn)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(tǒng)的感抗小于這些電容器的容抗，幾乎沒有諧振產(chǎn)生。不過，在諧波頻率方面，如果系統(tǒng)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(xiàn)的。

2.1.1在電力系統(tǒng)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(wǎng)原件也會產(chǎn)生諧波損耗，比如銅損問題的出現(xiàn)，另外，設(shè)備在運行過程中會發(fā)熱甚至過熱，機器噪音會擾民，這些負面影響出現(xiàn)后整個工作的效率也會降低。同時，機械還會出現(xiàn)損傷和熱耗問題，這種問題的出現(xiàn)主要是由旋轉(zhuǎn)設(shè)備產(chǎn)生反方向轉(zhuǎn)矩而造成的，高次諧波的負序分量是導(dǎo)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(lián)諧振和串聯(lián)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(fā)生危險事故。

2.1.3電力系統(tǒng)中的各種自動裝置、繼電保護裝置以及電子儀表的設(shè)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(shè)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(tǒng)有諧波存在，諧波就會導(dǎo)致種種裝置產(chǎn)生錯誤指令，甚至出現(xiàn)失靈現(xiàn)象。

2.2 電力電子設(shè)備引起的諧波對繼電保護的影響

為了保證系統(tǒng)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(tǒng)需要，配電系統(tǒng)也是如此。因此，繼電保護必須很有效力，它要對電力系統(tǒng)的各種現(xiàn)象進行區(qū)分并解決，對于異?，F(xiàn)象要及時反饋，分析出發(fā)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(jié)果實現(xiàn)對非正常運行狀態(tài)的快速“區(qū)分”。不同的配電系統(tǒng)具有不同的繼電保護設(shè)備，因為要根據(jù)各種各樣的系統(tǒng)具體問題具體分析，不同的類型、不同的安裝地點，當(dāng)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(xiàn)

3.1電流保護的配合及基本應(yīng)用

反應(yīng)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(qū)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(qū)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(tǒng)正常運行和故障運行的兩種不同運行狀態(tài)下存在的差別進行分析完成其整定值的設(shè)置，這種方法沒有考慮不正常運行狀態(tài)的運行特性，因此經(jīng)常配合使用頻率測試儀以區(qū)分故障電流和不正常運行狀態(tài)時的電流。

4.結(jié)論

諧波，是任何一種電網(wǎng)都會產(chǎn)生的，但只有當(dāng)諧波的含量達到了某一程度，尤其是當(dāng)在諧波頻率下發(fā)生了諧振時，將流入系統(tǒng)中的諧波電流放大幾倍甚至十幾倍，才會影響電網(wǎng)中各種設(shè)備的正常運行。諧波諧振、諧波放大的現(xiàn)象隨著越來越多的電力電子設(shè)備應(yīng)用于配電系統(tǒng)中而產(chǎn)生，其給配電系統(tǒng)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(tǒng)中的任何一種“改變”，都會在一定程度上改變系統(tǒng)的阻抗結(jié)構(gòu)，從而引起電壓、電流及等效阻抗的變化。因此相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域人員需要投入更多的關(guān)注。

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