電力系統諧波對繼電保護的影響

茹予波

摘 要：在電力系統的運行過程中，穩定性是它的必須要求，由于電力系統的結構比較復雜，需要在滿足用戶的基礎功能上，實現對電能生產以及運行過程中的保護和控制，并且減少功率在這個過程中的損耗，但是在電力系統中，由于各種配件的作用，導致其中存在不少潛在的安全隱患，諧波的產生以及所構成的不同結構形式就是對電力系統產生危害的一部分，需要有關人員進行具體的研究。本篇文章通過對諧波構成的原因及危害進行闡述，分析繼電保護在電力系統中的作用，從而探討電力系統諧波對繼電保護造成的影響，并且就如何抑制諧波進行明確的說明。

關鍵詞：電力系統;諧波;繼電保護;周期性

電力系統是指由發電廠、輸電線路以及用電客戶端等環節構成的一種電能循環系統，它是通過電能生產以及傳輸等形式，從而有效的將不同的電力分配給相關的用戶，這是一個非常復雜的過程，其中涉及到了多個線路和系統結構，為了提高電力系統在運行中的安全性，有關部門通過不同的措施和方法，加強對電力系統和信息數據的控制值，并且安裝相應的電力保護裝置，并且在自動化技術的應用下實現監控自動化、調度自動化的目的，總而言之，電力系統就是在先進的技術裝備以及高經濟效益的基礎上，實現的一種協調工作。但是在電力系統的運行過程中，還是會或多或少的出現不同的安全和質量隱患，造成對電力結構的影響，諧波就是其中的主要危害因素，需要對它進行全面的分析，找到有效的抑制方法。

1 電力系統中諧波的產生原因和危害

1.1 諧波產生的原因

諧波是指一種周期性的一種頻率變量，它是對電力系統中電流的一種改變，而且諧波中還可以分為分數諧波、間諧波以及次諧波等不同的類型。對于諧波產生的原因，它主要是由電源、輸配電設備以及電力系統中的非線性負載構成的。首先，對于電源端產生的諧波來說，它是由于在發電過程中，三相繞組在制作上有著一定的質量問題，很難達到各個參數上的平衡，在不同的影響因素下，會造成一定諧波的產生，但是電源端所產生的諧波是非常少的，一般不會有太大的影響。其次，對于輸配電過程產生的諧波來說，很多時候都是由于電力變壓器導致的，這是由于變壓器在設計過程中，可能會考慮到經濟性等方面，忽略掉鐵心磁化曲線的影響，使其處于非線性的狀態，產生一定的諧波，在這種背景下，諧波電流通常來說所占額度較高，對于電力系統的影響也是非常大的。另外一方面來說，諧波產生的原因還包括電力設備的作用。包括一些變頻設備和用戶端的使用設備，在充電裝置以及控制等方面，會造成不同程度的變化功率，從而增大諧波產生的概率。

1.2 諧波的危害

從諧波的運行來說，它的危害性是非常強的，對于電力系統中的各個設備都可能造成不良的影響。首先，對于發電過程中的發電機和電動機來說，由于諧波的產生，可能會引發機械共振，致使發電機在運行過程中存在一定的振蕩力矩，并且嚴重影響電力設備的使用壽命。其次，諧波電壓在電力運行中會造成大幅度的正弦波變化，增加電能的消耗，加速絕緣老化，危害不同設備的負載以及電力系統的安全運行。除此之外，電網諧波還會對計量裝置造成不同的影響，使它的系數達不到正常要求，造成電網中的短路情況，嚴重的還會引發爆炸現象。同時，諧波在電力系統中對于繼電器等保護裝置也有著一定的影響。

2 電力系統中繼電保護的作用

2.1 繼電保護的概念

對于繼電保護來說，它是對電力系統中所發生的故障以及異常情況等現象進行檢測的過程，并且出一定的預警信號，將故障與電力系統進行有效的分離。在電力系統的運行過程中，繼電保護裝置是其中必不可少的元件，當電力系統發生一定的故障后，可能會在短時間內造成電流增大、電壓降低的情況，并且電流與電壓之間的相位角也會產生一定的改變，測量阻抗顯著減小，而繼電保護就是通過對電力故障時各個電氣量之間的有效變化，從而構成不同的保護結構，達到快速保護的目的。

2.2 繼電保護在電力系統中的作用

對于繼電保護來說，它可以在故障發生的短時間內，立即將故障元件進行有效的切除，并且減輕這個過程中對故障元件造成的損耗，保證電力系統中的其他設施可以保證正常運行，繼電保護具有一定的自動性和快速性，它可以在第一時間內做出有效的反應，并且是對電器元件的一種監控，可以在多個方向上保證它的運行狀態，并且避免由于外界干擾對電力系統造成的影響。另一方面來說，電力系統中的繼電保護裝置可以與其他裝置進行有效的配合，并且在條件允許的情況下，提高電力系統運行的可靠性，當電網發生嚴重性破壞時，將保護設備快速脫離電網，發出警報信號，降低財產的浪費，實現電力系統的自動化和遠程化發展，促進工業生產自動控制的變化。

3 電力系統諧波對繼電保護的影響

3.1 對機電型繼電保護的影響

機電型繼電保護裝置是對電力系統中的測量部分、邏輯部分以及執行部分進行保護的過程，它是由若干個不同的機電型繼電器組成，可以有效的反映出實時電壓和電流的運行狀態，通常情況下，如果電力系統內部發生一定的故障，機電型機電保護裝置就會快速的對故障位置進行定位，減少帶來的安全隱患，對于機電型繼電器來說，它是由于電磁感應或者電磁力的作用下，產生不同程度的機械動作，并且在繼電器中加入了不同的物理量，從而使其滿足一定的目的。在電力系統的運行這種，諧波會對機電型繼電保護裝置造成一定的影響，這主要是由于這個類型的裝置是經過電磁、電力以及機械等方面的多次轉換而成，而諧波的產生可能會對電力造成一定的影響，從而導致保護裝置的準確度降低，速度變慢等現象，還會引發假性故障的產生，對機電型繼電保護裝置的工作原理造成一定的破壞。

3.2 對微機繼電保護的影響

微機繼電保護是當前電力系統中比較新型的一種保護裝置，它是在微型計算機以及微處理器的應用下，從而構成的保護結構，在計算機的快速發展下，微機繼電保護裝置的可靠性也有著一定的提高。但是對于微機繼電保護裝置來說，諧波的大小不同也會對其造成不同的影響，它是對輸入信號的一種模擬量變化，但是在電力系統的運行中，還會存在不同程度的干擾諧波，如果在電流互感器的輸入過程中，沒有考慮到這方面的影響，高次諧波采樣頻率有效的轉化為相應的電信號，就會對轉換器中的數字量和模擬量的轉換產生一定的破壞，而且后續處理工作可能不會對程序進行有效的錄用。另一方面來說，在微機繼電保護裝置中，它的離散和量化的采樣過程也有著不同的算法，在假定信號輸入的過程中，可能會存在一定的誤差，并且與其他設備不能形成有效的感應。

3.3 對整流型繼電保護裝置的影響

在電力系統中，電力網供電的理想波形是正弦波，而且由于繼電保護裝置中的單向導電作用，在系統參數、三相荷載以及接線方式等共同作用下，造成諧波的產生，對于繼電保護工作產生不同程度的影響。高次諧波是其中最主要的影響元素，當諧波電壓處于比較高的狀態時，繼電保護裝置可能會存在操作失靈或者誤動等情況，增加供電系統中電壓自動調節系統的誤差。而負序系統中的高次諧波電流也會對負序電流產生不同的影響，引發誤動現象，甚至會破壞繼電保護中的遠程聯動裝置，導致工作無法再繼續進行下去。

4 電力系統中抑制諧波的具體措施

4.1 加入濾波器的應用

在電力系統中，有效抑制諧波產生和蔓延的主要方法就是在其中加入相應的濾波器。濾波器是由電容、電感以及電阻組成的濾波電路，它可以對電源線中的特定頻率以及線路進行有效的整合，從而對特殊波頻信號進行消除工作。從現階段來說，數字濾波器是比較有效的一種濾波裝置，它與模擬濾波器相對應，將電力系統中的運行線路當成一個變量，并且對外界的輸入信號進行有效的處理，將輸入信號的波形采取有效的倒置工作，從而實現頻譜修改的目的。

4.2 無源諧波的治理

無源諧波的治理過程主要是將電抗器與電容器串聯到一起，并且形成一定的回路，在這個回路上，它的諧振頻率需要設定到不同的振動點上，從而達到濾除多次諧波的目的，在電力系統的運行過程中，這種工作的方法造價成本是非常低的，而且操作簡單，市場需求非常大，許多高次諧波采用的都是這種治理方式，但是在無源諧波的治理過程中，它的濾波效果并不是很突出，不能得到有效的消除，還會存在與系統諧振的可能，需要有關人員從綜合方面進行考慮和選擇。

4.3 有源諧波的治理

有源諧波濾除裝置是在無源濾波的基礎上，對治理方式的有效改進，它的濾波效果相對來說比較完善，在額定功率的范圍內，由電力電子元件構成一個共同的回路，并且在這種情況下，產生一個系統的共同頻率，它的應用范圍比較廣，包括計算機控制系統以及供電系統等多個領域上，尤其是對于一些大型電力系統中產生的諧波來說，它的消除效果是非常好的，不會受到電子元件的影響，但是由于成本較高，對于一些用戶來說，并不是特別受歡迎和重視。

5 結語

綜上所述，對于電力系統來說，諧波的產生有著一定的危害，對機電型繼電保護裝置、微機繼電保護等方面都有著一定的影響，有關人員需要從有源諧波治理、無源諧波治理等方面進行設計，從而減少諧波對電力系統的破壞，延長它們的使用壽命。

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