電力系統(tǒng)諧波對(duì)繼電保護(hù)的影響

封穎

摘 要：近幾年來，我國電力行業(yè)得到了蓬勃發(fā)展，人們對(duì)電力的需求也在與日俱增，使得電力系統(tǒng)的作用越來越重要。而隨著電氣設(shè)備的大力推廣，電力系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)了很多諧波，嚴(yán)重影響著電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的安全運(yùn)行。因此，必須要了解電力系統(tǒng)諧波對(duì)繼電保護(hù)的影響，這樣才能保證電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的安全運(yùn)行，保證人們的電力需求。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)諧波；繼電保護(hù)；影響

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.10.152

在電力系統(tǒng)中諧波有非常嚴(yán)重的危害，是電力系統(tǒng)的一種污染因素。而電子設(shè)備的大力推廣使得非線性負(fù)荷影響著電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，電力系統(tǒng)諧波問題日益嚴(yán)重。諧波會(huì)降低電壓正弦波的質(zhì)量，并影響電網(wǎng)的正常運(yùn)作。因此，必須要運(yùn)用多種措施來降低電力系統(tǒng)諧波帶來的負(fù)面影響，把握電力系統(tǒng)諧波對(duì)繼電保護(hù)的影響和重要意義。

1 電力系統(tǒng)諧波

電力系統(tǒng)諧波是指一個(gè)周期電氣量的正弦波分量，而基波頻率的整數(shù)倍就是其頻率，一般基波的頻率會(huì)低于諧波的頻率，所以又叫高次諧波。電力系統(tǒng)會(huì)受到諧波的影響，使得其電壓正弦波質(zhì)量降低，并影響電網(wǎng)的正常運(yùn)作[1]。電子設(shè)備和電力電子設(shè)備的推廣應(yīng)用，增加了變頻調(diào)速設(shè)備、工業(yè)電爐和電氣機(jī)車等非線性負(fù)荷，電力系統(tǒng)中的諧波也就越來越多。而高次諧波的產(chǎn)生會(huì)增加維修工作量和電網(wǎng)損耗，容易產(chǎn)生干擾使保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)，計(jì)量器件也也會(huì)產(chǎn)生誤差，干擾無線電通訊系統(tǒng)，最終縮短電氣設(shè)備的壽命。

通常電氣化鐵路、非線性負(fù)荷、風(fēng)電、光伏發(fā)電、汽車充電站等設(shè)備中經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生諧波，而電氣化鐵路是一個(gè)特殊的電力系統(tǒng)用戶，其負(fù)荷具有非線性、不對(duì)稱性和波動(dòng)性的特點(diǎn)。在機(jī)車運(yùn)行中非線性特征明顯，此時(shí)電力系統(tǒng)中就會(huì)出現(xiàn)大量的諧波電流，并成為最大的諧波源，3-13次的奇次諧波電壓中的含有率會(huì)出現(xiàn)不同程度的超標(biāo)，而且電力機(jī)車開停頻繁，就會(huì)增大有功沖擊，使得出現(xiàn)電力系統(tǒng)電壓波動(dòng)和閃變。在風(fēng)電場(chǎng)中產(chǎn)生諧波產(chǎn)生是因?yàn)檩斎氲娘L(fēng)力發(fā)電能量具有不確定性，而且有大量的整流和逆變?cè)O(shè)備，所以就會(huì)出現(xiàn)諧波。通過光伏組件，太陽能就會(huì)轉(zhuǎn)化為直流電力，并由直流監(jiān)測(cè)配電匯集到并網(wǎng)型逆變器中，轉(zhuǎn)化成電網(wǎng)同頻率同相位的正弦波電流，而這一逆變過程就會(huì)增大諧波污染。在充電機(jī)裝置中，在模擬充電機(jī)上運(yùn)用Matlab進(jìn)行諧波仿真計(jì)算，就會(huì)發(fā)現(xiàn)實(shí)測(cè)電流中有3次諧波，這與負(fù)荷不對(duì)稱有關(guān)，它會(huì)使得中性點(diǎn)偏移，并與中性點(diǎn)對(duì)地形成回路，最后就產(chǎn)生了3次諧波電流。電力系統(tǒng)的諧波源主要是可控硅的整流設(shè)備，但是其實(shí)際運(yùn)行情況比較差，換流電抗和換相角不等于零，平波電抗器的感抗不會(huì)趨近無窮大，所以輸出直流就會(huì)有脈動(dòng)，使得三相交流系統(tǒng)不具有對(duì)稱性，此時(shí)就會(huì)產(chǎn)生諧波。

2 電力系統(tǒng)諧波對(duì)繼電保護(hù)的影響

2.1 靜態(tài)機(jī)電設(shè)備

在電力系統(tǒng)中靜態(tài)機(jī)電設(shè)備的運(yùn)用比較廣，因?yàn)殪o態(tài)繼電器對(duì)于降低諧波的影響有一定的作用。靜態(tài)保護(hù)裝置包括固態(tài)繼電器和靜態(tài)繼電器，兩個(gè)交流電量的相位比較比較是微分比相器和積分比相器的比較，而在電器設(shè)備運(yùn)行中諧波會(huì)對(duì)比相器的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響。因此，在比較兩個(gè)電量時(shí)，如果其中一個(gè)具有諧波分量的條件就會(huì)切割方波，但是因?yàn)殡妷哼_(dá)不到預(yù)期電壓值，電壓就難以翻轉(zhuǎn)。而兩個(gè)交流帶電已經(jīng)轉(zhuǎn)化成方波，在微分電路上形成脈沖，如果此時(shí)系統(tǒng)受到諧波的影響，微分脈沖就會(huì)增加。在增加交流電的情況下，就容易出現(xiàn)保護(hù)裝置誤動(dòng)作，使得靜態(tài)機(jī)電設(shè)備受到影響[2]。

2.2 整流型機(jī)電設(shè)備

以整流輸入交流電或幾個(gè)交流量最終整流而成的就是整流型機(jī)電設(shè)備，而其繼電器的動(dòng)作原理是電流信號(hào)和動(dòng)作判斷。如果某個(gè)電阻器擁有兩個(gè)電氣量的環(huán)形整流比相器，此時(shí)電流回路中出現(xiàn)諧波，其動(dòng)作路徑就會(huì)改變，出現(xiàn)一個(gè)規(guī)則的圓弧，而諧波量的增加也使得曲線上的凹凸點(diǎn)更加復(fù)雜。因此，在整流型機(jī)電設(shè)備中出現(xiàn)諧波，電流回路中含有諧波分量電流，就會(huì)增加整流比相器輸出量的交流分量，并對(duì)繼電器的工作路徑產(chǎn)生影響。

2.3 電磁型機(jī)電設(shè)備

雖然整定值會(huì)受到諧波的影響，但是如果諧波含量在一定的范圍內(nèi)，就不會(huì)增加整定值的誤差。繼電保護(hù)裝置的基礎(chǔ)就是基波電壓或者電流整流，其動(dòng)態(tài)作用的變化不會(huì)太大。但是如果繼電設(shè)備中出現(xiàn)了諧波，并發(fā)生誤動(dòng)，在電壓機(jī)電設(shè)備中其動(dòng)作值就會(huì)因?yàn)楦哂诨ǖ恼刀a(chǎn)生拒動(dòng)。當(dāng)然，也有可能是空載變壓器的切頭中出現(xiàn)諧波，此時(shí)在諧波分量的影響下繼電器也有可能產(chǎn)生誤動(dòng)，造成斷路器跳閘的情形。因?yàn)殡姶判屠^電器對(duì)定值誤差的要求不高，所以如果諧波含量不超過10，其受到諧波的影響就比較小。但是如果諧波含量比較大，而且各次諧波衰減比較慢，出現(xiàn)電磁型繼電器誤動(dòng)就會(huì)造成嚴(yán)重的系統(tǒng)事故。

2.4 感應(yīng)型機(jī)電設(shè)備

在感應(yīng)型繼電保護(hù)裝置中，其動(dòng)作速度慢、慣性大，這樣就削弱了諧波的影響，使得諧波轉(zhuǎn)矩的作用變小，對(duì)感應(yīng)型機(jī)電設(shè)備的影響小。但是如果因?yàn)榇艌?chǎng)作用繼電器圓盤或圓筒中產(chǎn)生了電流，而另一個(gè)磁場(chǎng)的作用產(chǎn)生了電磁轉(zhuǎn)矩，此時(shí)在電磁轉(zhuǎn)矩的影響下圓盤或圓筒就會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)。如果此時(shí)輸入一定頻率，在畸變電流諧波分量的影響下繼電設(shè)備中的磁盤會(huì)出現(xiàn)附加轉(zhuǎn)矩，當(dāng)轉(zhuǎn)矩與電流諧波分量和基波分量等轉(zhuǎn)矩的和相等時(shí)，繼電器的靈敏度就會(huì)降低。而且諧波分量包括整數(shù)和負(fù)數(shù)，繼電保護(hù)裝置中就可能出現(xiàn)誤動(dòng)或拒動(dòng)的情形。如果電力系統(tǒng)出現(xiàn)了諧波，三相諧波不相等也不對(duì)稱，負(fù)序?yàn)V波器就會(huì)加大諧波輸出，放大裂相回路對(duì)諧波的作用，增加整流出的直流脈動(dòng)，出現(xiàn)保護(hù)誤啟動(dòng)。

3 結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)電力的需求量在逐漸增加，并提出了更高的要求。但是在電力系統(tǒng)運(yùn)行中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)諧波，影響著繼電保護(hù)的正常運(yùn)行，也降低了電壓正弦波的質(zhì)量，嚴(yán)重制約了電網(wǎng)的正常運(yùn)作。因此，在電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中，要認(rèn)識(shí)到中電力系統(tǒng)諧波對(duì)繼電保護(hù)的負(fù)面影響，在這樣的基礎(chǔ)上采取有效的對(duì)策降低其對(duì)繼電保護(hù)的干擾，為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行提供保障。同時(shí)也要采取有效的措施保證電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的正常運(yùn)行，減少電力系統(tǒng)中的諧波，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展提供保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]程麗.電力系統(tǒng)諧波對(duì)繼電保護(hù)的影響研究[J].中國新通信，2017，19（01）：97.

[2]郭冰，王維川.電力系統(tǒng)中諧波對(duì)繼電保護(hù)的影響[J].經(jīng)營管理者，2015（03）：343-344.