電力系統諧波對繼電保護的影響

張新 李衛華

摘要：繼電保護裝置是保護電路安全穩定運行的重要組成部分，而在繼電保護裝置作業同時產生的諧波是不可避免的，對于影響到系統運作的諧波，工作人員必須進行系統的數據分析，最終選擇合理的措施消除諧波，保障電力運作正常。本文對電力系統諧波對繼電保護的影響進行了探討。

關鍵詞：電力系統；諧波；繼電保護；影響；對策

諧波對繼電保護的影響很大，如何更好地減小諧波對繼電保護的干擾，繼而維持電力系統的穩定、可靠運行是繼電保護工作者的一項值得研究的課題。同時，通過繼電保護自動裝置，加強對諧波的監測從而減小諧波對電力系統的污染也是力公司的一項迫切任務。

一、電力系統諧波對繼電保護的影響

在電力系統中，當繼電器效果降低、動作特性畸變時，電力系統保護裝置會發生誤動，甚至拒動， 由于不同繼電器的工作原理和設計性能不同，因而諧波的影響程度也不同。在高壓直流系統中，諧波對電力系統的影響較大， 在影響整個系統的同時，還會對繼電設備產生嚴重的影響，導致電氣設備無法正常運行，同時加快電力系統的損耗，造成輸電線路老化。

1、 諧波對電磁型繼電器的影響。對于電磁型繼電器，當其諧波含量低于40 % 時，整體動作誤差小于10 % ，但是由于電力系統繼電器是根據整體電流以及基波電壓來確定動作與否的，因此在動態情況下諧波對繼電器的影響較大。對于電流繼電器，諧波的存在會造成繼電器保護系統拒動；對于電壓繼電器， 由于諧波畸變電壓影響，基波整定值大于動作值， 就會造成電壓繼電器拒動以及欠電壓繼電器誤動。例如，在空載投切變壓器時，會產生諧波含量較高的勵磁涌流，且諧波中2 次諧波的分量較大， 這會造成繼電器誤動和電力系統斷路器跳閘現象。

2、諧波對整流型繼電系統以及距離保護系統的影響。當電力系統發生故障時，由于基波阻抗值及其誤差較大， 電力系統的諧波電流分量較大，若濾波處理不及時，不僅會造成電力系統繼電設備誤動， 同時還會導致誤操作。電力系統相關調查顯示， 電力系統諧波含量小于5% 時，諧波對保護設備的影響較小。但是， 在實際操作中， 由于各種因素的影響， 電力系統諧波含量通常大于5% ，會顯著影響整流型繼電保護系統以及距離保護系統。當電力系統的電流中存在諧波時， 由于三相諧波不對稱、不相等，若再加上繼電保護裝置附近有并聯電容器， 其對諧波的放大作用會使濾波裝置產生較大的諧波， 從而導致電流脈動快速變化，最終造成電力系統繼電保護的誤操作、誤啟動。

3、 諧波對微機線路以及負序啟動元件的影響。在電力系統中，電網繼電保護裝置主要由電力系統變壓保護和線路主保護組成。在負序電流增量和諧波干擾電力系統的同時，電力系統濾波器會形成對應的畸變電壓、電流，影響電力系統的保護回路，造成相關設備誤啟動、誤操作。另外， 由于電力系統微機線路保護系統的相關設備主要由突變量及負序相關元件組成，在啟動量受到電力系統諧波影響時， 電力系統邏輯電路、保護回路就會出現誤斷，從而產生誤操作。

二、應對電力系統中諧波的有效對策

1、 諧波抑制方法

對電網中諧波的抑制常采用兩種措施：一是實現電力設施自身諧波的產生量；二是增添濾波設施降低電網中的諧波。第一種措施常使用多脈動整流法，這種方法是按照相關的規律將偶數個的變流器進行組合，借由移相變壓器對電網的電壓實現移相，從而確保不同整流橋對所輸入的電壓出現一定的相位差，進而得到整流負載電流間的相位差，彼此不同相位差不同的負載電流在電網測相互疊加就會使得所攜帶的次諧波相互削弱與抵消，進而使得電網側電流實現正弦化矯正。

第二種措施對諧波的抑制是通過在設備中加設濾波裝置實現的。其不僅能夠同繼電保護裝置進行協同合作，更能夠有效消除諧波的干擾等危害，目前廣泛應用于電力系統中，有很好的實際作用意義。濾波器分為有源濾波器和無源濾波器，在實際應用中，需根據具體情況而選取最合適的濾波裝置。其中，有源濾波器也叫主動式濾波器，其作用方式是產生與諧波大小相等、方向相反的電流，從而抵消諧波的作用。有源濾波器作用效果顯著，但是成本高昂。此外，無源濾波器也叫被動式濾波器，其作用機制是將電容器與濾波電抗器串聯，以在諧波的作用頻率下產生低阻抗回路，通過對相同頻率的諧波進行吸收，起到降低整個系統諧波危害的作用。無源濾波器采用的是電容器的補償作用，因此效果不如有源濾波器顯著，使用范圍比較局限，只對某一頻率的諧波有作用，但是價格較易承受。

2、增強繼保設施的方法

（1） 提高繼電器可靠性

提高繼電器的可靠性能有效抵制諧波的危害。提高繼電器的可靠性，首先就要保障繼電器不受或者少受諧波的影響。裝置繼電保護時，要充分分析比相判斷，進行過零點檢測，并選取弱電繼電器以及元件安裝。同時，還可以通過二次諧波的方式產生能夠強化繼電器保護作用的飽和變流器，從而提高繼電器的可靠性。值得注意的是，有容抗和感抗存在的二次諧波系統容易產生諧振，為了消除由諧振引發的過電壓等危害，可使系統中的固有頻率與較高含量的頻率帶保持安全距離。通過以上方法，均可提高繼電器的可靠性，減少諧波危害。

（2） 增加功率因數調節裝置

在諧波的產生設備的電源上裝置功率因數的調節裝置，可以從根源上有效減少諧波的產生，從而抑制諧波危害。此方法的有效抵消諧波也提示相關部門，在設備的研發制造時就根據企業特點充分考慮諧波問題，盡量避免諧波的產生，從源頭上有效減少諧波對電網的污染，而不是污染后再治理。

（3） 提高諧波分析能力

對諧波的治理，需要依靠精準的諧波分析手段。實際生產中，可利用傅立葉變換得到綜合完整的諧波數據，經過數據處理后得出分析結果，指導諧波治理?？紤]到電抗器的計算和現場諧波測試比較復雜，且只能應用于固定負載，在實際分析過程中應遵照實際的運行標準，全面分析數據，并及時補償功率因數，從而減少諧波的影響。

（4）增強計算機保護

在完善繼電保護裝置的同時，技術人員還應增強對計算機的保護，具體措施如下：①技術人員可通過中間變換器，將系統導入的電壓和電流轉換成有著較強適應性的數值后進入電力回路，隨后借由濾波器對電流中攜帶的諧波量進行消減，并通過模數轉換設備實現模與數的相互轉換。最后，還應采取措施對數字的運算處理結果實施保護，把相關數據轉換成數字并運算后將結果適時傳出。②技術人員在數字運算工作之外，還應充分利用計算機系統中的數字信號處理設施。具體而言就是在利用轉換器實現接受的模擬信號向數字信號的轉變后，還應運用處理手段對數字形式的信號再次處理，并將最終結果還原為模擬信號，從而實現模擬信號具體的時間量化工作。需注意的是所采用的數字信號應使用二進制的有限位碼。

綜上所述，諧波對供電網產生了嚴重的污染，使配電網的電流、電壓發生了嚴重的畸變，這可能造成電力系統繼電保護裝置動作的靈敏度降低及保護動作的延時，從而造成繼電保護裝置發生誤動作。為了確保繼電保護裝置的穩定、可靠運行，相關人員要充分重視諧波對繼電保護造成的影響，必須深入分析諧波對各種不同性能繼電保護裝置造成的影響，并采取有效地措施，確保供電網的安全、可靠運行。

參考文獻：

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