電力系統諧波對繼電保護的影響分析

徐興榮 李唯嘉 應震明

摘 要：電力系統中諧波的存在，不僅降低了電力系統中的正弦波電壓質量，干擾電網的正常運行，而且給繼電保護的平穩工作帶來了很大的麻煩。本文將圍繞當前電力系統諧波對繼電保護產生的影響進行分析討論，從而提出相關應對方法與解決措施。

關鍵詞：電力系統;諧波;繼電保護

當前對電力系統電能質量影響最大的即是諧波，諧波是指以電流頻率作為基波的整數倍電量，能夠對周期性的正弦電能進行級數分解，得到頻率與工頻一致的分量，進而加重電氣設備的動能損耗，影響發電功率。相關人員必須切實認識到諧波的危害性，從而制定科學、有效的管理對策。

1.電力系統諧波對繼電保護的影響

1.1感應型設備

諧波對感應型繼電保護裝置的影響較小，由于該設備的運行速度較慢、慣性勢能較高，能夠有效削弱電力系統對設備造成的轉矩變化。但其本身也會因諧波振蕩，使繼電器圓盤產生不可逆的交互電流，進而發生圓盤偏轉現象。一旦技術人員沒有及時修正此類問題，會使設備在進行頻率輸入時，出現大量的動能消耗，導致圓盤出現附加彎矩，當諧波分量與基波分量相同時，便會使繼電器的靈敏度大幅下滑，影響設備檢測的準確性，而隨著感應型設備的長時間使用，器件老化的速率也在不斷加快，甚至可能造成設備報銷。

1.2微機型設備

微機繼電保護裝置是利用微型處理系統進行電能保護的設備，能夠對輸入的信號進行動態模擬，將經過變換器產生的數字量進行排列重組，便于后期處理程序使用。諧波對其產生的影響主要體現在頻率轉換方面，高頻次的諧波能夠影響微機型設備的計算方式，進而導致設備在運行時產生誤差，使其無法與其他設備產生有效的感應。

1.3整流型設備

整流型設備的繼電保護裝置是對電流信號和動作進行判斷，確保電阻器內的電氣量能夠保持環形流動，保持回路的高效運作。如果諧波出現在電流回路中，會使原本的運行路徑發生改變，造成基本阻抗值的落點產生差異，進而影響設備凹凸點的分布。除此之外，諧波還會消除整流型設備內的單向導電作用，由于其本身與繼電保護裝置的弦波形式完全相反，在其接入輸入端時，會產生頻率的相互抵消，從而導致電壓上升時，繼電設備無法有效進行電能調節，以此產生系統異常、參數紊亂等問題。

1.4電磁型設備

電磁型繼電保護裝置能夠承受10以下的諧波含量，并將內部產生的波動異常逐漸衰減，降低測定時產生的誤差值。但當諧波含量超過40時，則會對設備的穩定性造成破壞，使其動態作用無法有效發揮，并引發電力系統產生誤動，影響空載變壓器的正常使用。除此之外，諧波能夠增大電氣設備的有功沖擊，造成電力系統電壓的閃變，一旦設備進行大功率的電流傳送，會使內部的直流電無法匹配實際所需的電壓，產生中性點位移的現象，進而影響交流系統的對稱性。

1.5靜態型設備

靜態型設備是電力系統中使用較為廣泛的繼電保護裝置，因其本身具有降低諧波的特性，所以也經常用于和其他設備進行聯動工作。但與電磁型設備一樣，也會受高頻次諧波的影響，產生電壓值不穩定的情況。通常其繼電裝置在受到諧波入侵時，會使內部電壓難以反轉，系統內的微分脈沖不斷增加，將原本的交流電轉化為成方波，導致繼電裝置錯誤運行，保護動作失去明確目標，從而引發一些列的電路故障[1]。

1.6自動裝置

隨著智能化技術的普及，生產行業的自動化裝置也越來越依賴電力系統，一旦諧波流入相關設備的輸入端，會使自動裝置受聯動效應的影響，“牽一發而動全身”，造成大規模的電路故障，甚至損壞保護系統，危及電能供輸的安全性。并且當前自動裝置的啟動量為電網負序電流，而諧波為非正弦交流量，二者在相互接觸時無法統一流動路徑，進而產生排斥效應，使原來的直流保護電，無法有效流向供電系統中，嚴重影響設備的正常工作狀態，也同樣加劇了后期工作人員的維護難度。比如：原本的維修方案即是向控制回路中輸入異向等量的工作電壓，將諧波波長進行拉伸，從而降低內部電能的改變頻率，減少高負荷振動對繼電裝置的影響與破壞，但當電流受諧波影響無法正向傳遞時，會使維護時輸入的電壓無法準確替換故障電路的電壓，甚至起到影響設備啟停的負面影響。

2.消除電力系統諧波的相關措施

2.1接入濾波器

濾波器是由電容、電阻以及電感組成的濾波電路，能夠對電力系統中的特定頻率點進行精準消除，產生一個全新的電源信號。其種類按照信號頻段可分為以下五種：一，低通濾波器，允許信號中的低頻電量或直流分量直接通過，而高頻分量則會被抑制、過濾;二，高通濾波器，允許信號中的高頻分量通過，但低頻直流電則會被有效抑制;三，帶通濾波器，該設備能夠根據實際要求，設定信號的頻率大小，從而進行特殊頻段的信號限制;四，帶阻濾波器，作用與帶通濾波器類似，能夠根據實際需求，允許特殊頻段的通行，限制該頻段以外的信號通過;五，全通濾波器，即是對全頻段的信號進行幅值增益，將其進行移相處理，確保位移值與頻率成正比，從而對信號的控制起到延遲作用。相關技術人員要針對電力系統中產生的諧波含量選擇適合的濾波器，以此達到高效消除諧波的目的[2]。

2.2限制電壓

首先要在零序回路中增加阻尼，使諧波的控制與擴散得到有效控制，并降低相應設備中的諧波含量，從而使低功率的逆向電流不會對系統運行產生影響。其次，要增強電力系統的容抗與電流互感器的感抗，這樣能夠將諧波的震蕩參數降到最低值，使電壓能夠根據系統設定進行合理調節，確保電流不會由于線路阻抗的提升，造成不必要的能源浪費。最后，可以在互感器高壓中性點使用高功率的電容，使其發揮牽引作用，將諧波產生的額定電流以弧線圈的形式與地面相接，從而消除其對繼電保護裝置產生的影響。

2.2改進電力系統

電力系統是諧波產生的源頭，通過優化相關運行程序，改變動能參數，能夠有效防止諧波的形成。技術人員可以從兩個方向進行系統的改進，一方面，將電抗器與電容器進行串聯，形成有效的回路，幫助諧振頻率能夠均勻分布在不同的震動點上，以此降低諧波的頻率，另一方面，技術人員也可以在相應繼電裝置上安裝定子管理系統，使其能夠利用多種諧波差進行電流接地處理，從而有效保護電流運行路徑。同時，相關技術人員要對諧波的波形變化進行實時校對，確保其正負特性不會對變壓器的電壓頻次產生影響。此類方式操作簡單，成本低廉，是當前生產企業普遍使用的應對方法。

3.結語

綜上所述，通過分析當前電力系統諧波對感應型、微機型、整流型、電磁型、靜態型、自動裝置等設備的繼電保護影響，提出接入濾波器、限制電壓、改進電力系統、調整繼電設備等消除諧波影響的應對措施，從而確保電力系統的穩定運行，維護電力企業的經濟利益，滿足人們的用電需求。

參考文獻：

[1]姜國榮，袁東方，魏海峰.“雪龍2”號極地考察船電力系統諧波計算分析[J].計算機與數字工程，2021，49（04）：736-739.

[2]陳雨.城市軌道交通供電系統電力諧波的分析與治理[J].電工技術，2021（04）：124-125.

[3] 王國濤.淺析電力系統諧波危害及治理措施[J].計量與測試技術，2019（9）：73-74.