電力系統諧波對繼電保護的影響分析及應對措施

朱文慧

（國網福建石獅市供電有限公司，福建 石獅 362700）

當下，我國電力行業發展一日千里，電力系統中不斷有新型的電氣設備被加以采納，尤其是使用非線性負荷的電氣裝置，但是大量電氣設備在電力系統中運行時會產生較多的諧波，對電力系統造成直接的影響，導致降低其供電的質量。

1 電力系統中的諧波與繼電保護概述

所謂諧波主要是指在電流中含有的頻率為基波整數倍的電量，在非正弦周期性傅里葉級數分解后，基波頻率電流也會產生較大的電量。

例如，在高壓直流電量傳輸的過程中，一旦電路系統出現短路故障，電力系統就會受到諧波帶來的影響，進而使電力設備受到損壞，同時很大程度將減短絕緣設備的使用壽命；一旦繼電保護設備或是相關裝置發生拒動，會對整個電力系統造成安全影響，最終引發嚴重的電力事故。因此，在電力系統運行中，需嚴格依據繼電保護原理和自動裝置的原理，控制諧波對電力系統產生的影響，確保電力系統的穩定運行[1]。

2 電力系統中諧波對繼電保護的影響

電力系統高壓直電流運行中，系統產生的諧波會對繼電保護設備產生直接的影響，導致在降低繼電器保護效果、動作特性產生畸變同時，一定概率上增加了繼電設備中繼電器出現拒動的現象；同時，由于不同型號的繼電器，其工作原理、設計性能有所差異，因此，對諧波帶來影響的承受能力也有著很大的不同，其中諧波對高壓直流系統會造成最顯著的影響，由于諧波對繼電設備的破壞程度比較大，嚴重者會影響到電力系統的正常運行，消耗并且加快電力設備和輸電線路的老化速度。

2.1 針對繼電器與自動裝置的影響

在電力系統中，不同的繼電設備受到諧影響產生的結果存在差異化，諧波對電力系統中繼電保護功能產生的影響主要是表現在繼電器設備上，由于不同繼電器在設計與使用功能上的不同，導致諧波對其的影響也不同。在電磁型繼電器中，諧波在低于40%的情況下，電力系統所產生的誤差將小于10%，但在動態電流的背景下，諧波對繼電器影響較大，造成電磁型繼電器發生拒動行為，而形成的原因是由于諧波的存在會將電壓發生畸變，致使基波值數據變形，促使電壓繼電器拒絕保護電力系統同時，未能發揮自動裝置的作用。

2.2 針對整流型繼電設備與距離保護的影響

在電力系統出現故障時才能激發系統的繼電保護功能，通過繼電器的保護有效地將故障排除在外，來保證電力系統的正常運行。當電力系統出現障礙時，基波的阻抗值以及誤動值比較大，諧波便會產生較大的電流分量，而出現過多的濾波阻礙電力系統中繼電器設備發揮其保護作用，若濾波處理不及時，不僅會導致繼電設備出現誤動，還可能產生誤操作的狀況。

電力系統相關數據表明，當諧波在小于5%的情況下對繼電保護設備的影響較弱；因此，諧波含量低，才能確保繼電保護系統的正常運作。但在電力系統實際運行中，由于各種因素的影響，從而導致諧波的含量常高于5%，因此，諧波對繼電保護設備中的整流型系統與距離保護系統的影響往往較大，在電流內存在諧波的情況下，三相諧波有著不相同等特點以及不對稱特點，若在電力系統繼電保護設備附近設有并聯電容器，就會對諧波進行放大，進而使濾波裝置產生更大的諧波，使電流脈動巨大變化，導致繼電保護對電力系統產生錯誤的操作。

2.3 針對微機線路與負序啟動元件的影響

電力系統中諧波對繼電保護的影響除了表現在繼電器本身外，同時也表現在對電力系統的微機路線與負序啟動元件上。

負序啟動元件和突變量是構成微機路線的重要組成部分，當負序啟動元件受到諧波的影響時，會導致保護裝置、邏輯電路在運行期間出現較大的失誤性操作，從而影響微機路線系統發揮保護的作用。同時，由于變壓保護與線路主保護都屬于繼電保護配置，在諧波干擾電量時，如果負序電流量的增加會使電壓發生畸變，同樣也會造成電力系統的保護設備出現重大的錯誤性操作故障[2]。

3 諧波對繼電保護造成影響的有效應對措施

為了確保電力系統在輸電、供電過程中的安全性和穩定性，在解決諧波帶來影響的同時，保障其他電器設備的穩定運行、安全運行狀態。隨著電網線路長期的運行，常面臨著需要更換電氣設備，因此諧波的出現是不可避免的問題，所以在電力系統輸電、供電的過程中，圍繞諧波為繼電保護裝置帶來的影響，在加強繼電保護性能的同時，采取針對性的應對措施，從而改善諧波，確保繼電保護裝置在電力系統能有效發揮其保護作用[3]。

3.1 防止諧波產生振蕩電壓

在電力系統內要降低諧波對繼電保護設備產生的影響，可從諧波本身出發進行改造，來預防諧波產生出振蕩電壓，并得到合理的控制，應從下列兩個關鍵點開展工作。

（1）考慮諧波匹配振參數的因素，從改變電力系統的抗容量或交感器的感抗性出發，來降低諧波的匹配參數。（2）采用增加阻尼的方式，來防止諧波振蕩電壓的出現。

在實際操作中，通過對電力系統中的對地電容、交感器設備進行合理的應用，并將電力阻尼放置在電力交感器的三角組合處，以改善電壓互感體系。同時，需注意電阻上交感器的中性點不能與地面接觸，且需在電力交感器設備上加入某些滑諧器件或元部構件，并保證這些元件都處于互感器的三角繞組處，才能將電力交感器與雙向可控硅相接觸，實現電壓在短接連接的同時達到瞬間斷續的效果。此外，依靠增加電力系統的回路值來改變諧波出現振蕩電壓的現象，通過采用阻尼的電阻與電力互感器進行消諧，從而可應對電力系統內出現多頻率諧波振蕩電壓的問題。因此，在電力系統實際運行中，將消協裝置安裝互感器的三角部位，此舉不但可以將多頻率諧振現象有效解決，同時十分利于電力系統的區分以及斜振接地。

3.2 對諧波波形的改變有效抑制

電力系統輸電、供電運行過程中，可對諧波利用繼電保護裝置抑制其波形出現改變的狀態，此種方式的原理是利用繼電保護裝置自身具備的靈動性、快速性，自己選擇性開展可觀的評判，為了抑制電力系統內諧波波形發生變化，主要從以下兩方面出發。

（1）詳細了解諧波的指標情況。例如電壓的實際波形、電流、電量出現畸變的原因，同時在這一基礎上對定子接地系統使用三次諧波的形式進行搭建，進一步防止因基波檢測疏忽而造成的諧波波形畸變現象。

（2）在充分利用變壓設備相關差動保護的同時，使用高次諧波流中2次諧波，在充分應用變壓設備保護的基礎上，由2次諧波來帶動差動繼電器，從而降低繼電保護設備出現失誤性操作的概率，避免機電設備受到涌流誤操作而帶來的損壞。與此同時，采用增量型的元件，可以適當避免及改善負序諧波和穩態諧波帶來的影響。

4 結語

在電力系統對用戶提供輸電供電的過程中，諧波會對自動保護系統、繼電裝置造成極大的影響，常會導致系統產生誤動或拒動的情況。因此，在實際運行中，需要圍繞諧波對繼電保護所造成的影響開展深入分析，找出誤動、誤操作的具體發生原因，同時針對問題盡快制定出有效的應對、完善措施，讓繼電保護系統能正常投入使用，確保整個區域電網的供電穩定性。