電力系統(tǒng)諧波對繼電保護(hù)的影響

陳澤明

【摘 要】在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的過程中，電力是不可或缺的一部分，電能的需求量隨著人們生活水平的提升也呈現(xiàn)出不斷增長的勢態(tài)。這就對電力生產(chǎn)提出了更高的要求，一旦發(fā)生停電的現(xiàn)象，就會影響到人們的工作與正常的生活。其安全性也成為潛在的危險(xiǎn)。因此本文主要對電力系統(tǒng)中諧波對繼電保護(hù)的相關(guān)影響進(jìn)行了分析，目的是為了促進(jìn)我國電網(wǎng)更加安全與穩(wěn)定的運(yùn)行。希望對今后的研究工作帶來一定的幫助。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)；諧波；繼電保護(hù)；危害

當(dāng)前我國的電力系統(tǒng)正在朝著更快更好的方向發(fā)展著，新型電氣設(shè)備的應(yīng)用讓電力系統(tǒng)呈現(xiàn)出嶄新的發(fā)展局面。在當(dāng)前的社會生活中，電網(wǎng)也與非線性負(fù)荷相互接軌。但是問題也隨之出現(xiàn)，也就是說在電網(wǎng)運(yùn)行的過程中，受到負(fù)荷的影響而造成諧波的出現(xiàn)，影響到電網(wǎng)的正常工作。電氣設(shè)備也就會隨之出現(xiàn)非正常運(yùn)轉(zhuǎn)，電力系統(tǒng)造成短路的現(xiàn)象十分常見。輕則造成電力設(shè)備受到損害，重則引發(fā)安全事故的發(fā)生，設(shè)備的使用壽命也就因此不能得到保障。本文主要針對這一影響性的因素進(jìn)行分析，希望相關(guān)人士予以采納。

1、電力系統(tǒng)中供電諧波對繼電保護(hù)的影響

1.1影響電磁型繼電器

如果諧波的含量低于百分之四十時，那么諧波的整定值出現(xiàn)的誤差就將低于百分之十，然而，由于繼電保護(hù)裝置的整定是根據(jù)基波電壓或者電流進(jìn)行的，因此在分靜態(tài)狀況下必然會對諧波造成一定的影響。諧波存在的時候，就會造成電流繼電器出現(xiàn)保護(hù)拒動現(xiàn)象，如果繼電器被含有諧波的電壓作用時，那么電壓繼電器整定值要比其動作值低很多，所以就會引起電壓器的拒動。對空載變壓器投切時，往往會出現(xiàn)含量非常高的諧波勵磁通流，高次諧波分量會造成繼電器的誤動，一旦出現(xiàn)誤動，斷路器就會立刻跳閘。

1.2影響感應(yīng)型繼電器

受磁場作用的影響，在感應(yīng)型繼電器的圓盤或者圓筒內(nèi)會出現(xiàn)感應(yīng)電流，感應(yīng)電流會與設(shè)備中的磁場產(chǎn)生相互會見的作用，進(jìn)而出現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩，造成圓盤或者圓筒轉(zhuǎn)動。感應(yīng)型繼電器的可動部分由于具有較大的慣性，動作速遞相對比較慢，諧波轉(zhuǎn)矩對其造成的影響不是很大。根據(jù)電力莊家的測算，由于諧波產(chǎn)生的畸變電流中諧波分量會在繼電器磁盤內(nèi)產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)矩影響，而繼電器的靈敏度隨著電流頻率的增加逐漸見降低，特別是在三次諧波和五次諧波電流造成的轉(zhuǎn)矩，很大程度上對繼電器的靈敏度產(chǎn)生影響，主要原因在于畸變電流在繼電器磁盤上造成的轉(zhuǎn)矩值與電流中各次諧波分量產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與基波分量之和是相等的。因?yàn)橹C波電流分量造成的轉(zhuǎn)矩值有正有負(fù)，所以繼電器有可能產(chǎn)生誤動，也有可能產(chǎn)生拒動，主要還是由諧波分量的有效值與諧波間相位差所決定的。

1.3影響整流型繼電器

諧波對整流型繼電器也會產(chǎn)生較大的影響，整流型繼電器的特點(diǎn)主要有：把輸入的幾個交流量進(jìn)行組合，對組合進(jìn)行整流，或者對一個輸入交流量進(jìn)行整流，把所得的電流信號或電壓信號及其動作作為判斷的依據(jù)，決定繼電器的動作。通常相隔兩個∏/n時有凸點(diǎn)或凹點(diǎn)出現(xiàn)，如果諧波含量越大，那么凹凸的情況就越明顯。例如：假設(shè)兩個電氣量的環(huán)形整流比相器回路構(gòu)成的方向阻抗繼電器，回路中如果含有諧波分量時，就會造成其動作特性的改變，由規(guī)則的圓形變?yōu)椴灰?guī)則的封閉曲線，并且在曲線中存在很多歌凹凸不平的點(diǎn)。如果輸電線路出現(xiàn)接地短路的故障，那么電流中的諧波含量也會增大，此時整流型繼電保護(hù)裝置會出現(xiàn)拒動。導(dǎo)致這一現(xiàn)象出現(xiàn)的主要原因是由于電流回路中含有諧波分量，環(huán)形整流比相器以輸出交流分量為主，導(dǎo)致繼電器動作特性不規(guī)則、不光滑，出現(xiàn)破損現(xiàn)象。所以，在繼電器的設(shè)計(jì)時，就要將諧波的影響考慮進(jìn)去。

1.4影響靜態(tài)性繼電器

諧波對靜態(tài)性繼電器會產(chǎn)生一定的影響。靜態(tài)保護(hù)中主要運(yùn)用的是兩種繼電器，一種是靜態(tài)繼電器，另外一種是固態(tài)繼電器。上述兩種繼電器的組成都是由無機(jī)械運(yùn)動的相應(yīng)器件構(gòu)成的，這一裝置的重要作用就是將諧波消除掉。因此這也是人們比較關(guān)注的一個保護(hù)裝置。其原理是相位比較，在構(gòu)成這一繼電器以后，相互之間的交流電量要想得到比較，就需要通過微積分比相器以及積分比相器來實(shí)現(xiàn)。上述的兩種比相器都處在諧波分量比相器的影響。以微分比相器為例，在交流電量的影響下，會轉(zhuǎn)化為方波，緊接著在微分電路的作用下出現(xiàn)脈沖，將其與其中的一個方波加以對比就會發(fā)現(xiàn)，諧波的存在會造成多個微分脈沖的產(chǎn)生，交流電量過零的概率也就會因此而產(chǎn)生，造成保護(hù)誤動的出現(xiàn)。

2、消除諧波的措施

通過上文的論述可知，諧波對電力系統(tǒng)的影響是很大的，因此需要采取有效的措施對諧波問題予以消除。要想消除諧波，有很多的方法，但是所有的方法并不是盡善盡美的，其中還不乏存在一些弊端。如果從整體性上來看，消除諧波的有效方法就是要對振蕩過電壓進(jìn)行消除。具體的方法是將電網(wǎng)對互感器的感抗予以消除，緊接著，為了防止諧波共振的進(jìn)一步發(fā)展，還要加以進(jìn)一步的限制，主要采取的措施是零序回路或者將阻尼增加。筆者由此提出了以下幾點(diǎn)解決措施。一是要對電磁式電壓互感器予以慎重的選擇，重點(diǎn)以良好的性能為選擇重點(diǎn)。對電網(wǎng)的對地電容予以進(jìn)一步的提高是第二個方法。三是要確保電壓互感器中的中性點(diǎn)與地面具有一定的距離，不能直接進(jìn)行接觸。四是在互感器的三角繞組口的位置上安裝阻尼電阻以及消諧裝置，這樣也能在一定程度上起到消除諧波的作用。此外，還可以將中性點(diǎn)通過電阻進(jìn)行接地處理，大容量接地也是可以的。

在互感器開口處的三角繞組端，設(shè)置消除諧裝置，可以通過瞬間斷續(xù)觸發(fā)接在電壓互感器開口的雙向可控硅，這樣就可以保證短接電壓互感器瞬間斷續(xù)，使得諧振回路阻尼以及系統(tǒng)自身的零序電壓在零序電阻的作用下增加，從而釋放出諧波振能量。如果阻尼電阻是接在電壓互感器開口三角繞組端進(jìn)行消諧時，那么消諧的作用和外接阻尼電阻大小有直接關(guān)系，電阻越小，效果越好。電阻為零時，效果最好。在雙控硅瞬間斷續(xù)短接時，與外接阻尼電阻為零是一樣的，不會影響其他繼電器及自動裝置的運(yùn)行。

3、影響感應(yīng)型繼電器

受磁場作用的影響，在感應(yīng)型繼電器的圓盤或者圓筒內(nèi)會出現(xiàn)感應(yīng)電流，感應(yīng)電流會與設(shè)備中的磁場產(chǎn)生相互會見的作用，進(jìn)而出現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩，造成圓盤或者圓筒轉(zhuǎn)動。感應(yīng)型繼電器的可動部分由于具有較大的慣性，動作速遞相對比較慢，諧波轉(zhuǎn)矩對其造成的影響不是很大。

結(jié)語

在當(dāng)前社會發(fā)展的過程中，電力系統(tǒng)中電子電力設(shè)備的應(yīng)用越來越大，因此配電系統(tǒng)能否正常工作就顯得愈發(fā)重要了。繼電保護(hù)在這一過程中受到的影響可以說是最大的，并且諧波對其產(chǎn)生的負(fù)面影響也極大的傷害了電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。當(dāng)前的人們已經(jīng)愈發(fā)關(guān)注起了這方面的問題。本文主要對其中存在的幾個重點(diǎn)影響以及解決措施進(jìn)行了合理的分析，希望對今后的工作能夠提供有效的幫助。

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（作者單位：國網(wǎng)山西省電力公司檢修分公司）