电力系统谐波对继电保护的影响李雪蕊

电力系统谐波对继电保护的影响李雪蕊

李雪蕊

（大唐太原第二热电厂山西太原030000）

摘要：现阶段，我国电力行业发展迅速，人们对电力的需求也在与日俱增，使得电力系统的作用越来越重要。而随着电气设备的大力推广，电力系统运行中出现了很多谐波，严重影响着电力系统继电保护的安全运行。因此，必须要了解电力系统谐波对继电保护的影响，这样才能保证电力系统继电保护的安全运行，保证人们的电力需求。

关键词：电力系统谐波；继电保护；影响

引言

随着国家经济实力的增强，工业技术的发展，越来越多的电力电子设备和间歇性新能源，尤其是一些非线性设备被广泛应用，导致电网中的谐波日益增多，谐波污染也日趋严重。因此，在现阶段，对谐波的检测与处理不容小觑，如何深入了解谐波，并将其分析提取出来成为现阶段保证电能质量好坏的重要工作内容。

1电力系统谐波的分类、产生原因及其危害

1.1谐波的分类

国际电工委员会对于谐波的定义中谐波的频率是基波频率的整数倍。而在实际生产中，谐波的频率也可能不是基波的整数倍。因此，在广义上，可以将谐波划分为三类：谐波（谐波频率为基波频率的正整数倍，且倍数大于１），间谐波（谐波频率为基波频率的小数倍且频率大于基波频率）与次谐波（谐波频率为基波频率的小数倍且频率小于基波频率）。

1.2谐波的产生原因

（1）电力系统内部产生谐波①发电厂的同步发电机，无论其采用的是隐极转子还是凸极转子，由于受到铁芯齿、槽的结构影响，以及制造生产工艺的质量问题，产生的感应电动势不会是纯粹的正弦波，肯定含有相当数量的奇次谐波。②在电网调度中进行投切空载变压器、电容器、空载线路操作时，也会形成突发性的谐波污染。（2）由非线性负载所致对于伏安特性为线性的设备和负荷，当电网施加正弦电压时，会产生正弦电流，不会产生波形的畸变，不会产生谐波。对于伏安特性为非线性的设备和负荷，当电网施加正弦电压时，设备所产生电流会出现畸变。同时，该类设备在吸收系统能量时，向系统倒送大量的谐波能量，降低电能质量。当前，电网中伏安特性为非线性的设备和负荷主要有变压器、电动机、电抗器、交直流换流设备、晶闸管开关设备、炼钢电弧炉、电焊机等。该类设备大量存在，是产生谐波的主要原因。

1.3谐波的危害

谐波的存在直接影响电网中电能质量的好坏和线路周围的电磁环境，其产生的主要危害有以下几个方面：（１）对电力系统本身：由于附加谐波的存在，设备的损耗增加，导致设备工作的温度升高，进而影响电力系统设备的绝缘性能和使用寿命。有的时候甚至可能使电机振动，产生噪声，使电能计量的偏差更大，导致金属疲劳和机械损坏等。（２）对于信号的通讯方面：会对通讯信号，以及敏感的继电保护与自动控制装置产生干扰，严重情况下甚至会导致误动作。

2电力系统谐波对继电保护的影响

2.1静态机电设备

在电力系统中静态机电设备的运用比较广，因为静态继电器对于降低谐波的影响有一定的作用。静态保护装置包括固态继电器和静态继电器，两个交流电量的相位比较比较是微分比相器和积分比相器的比较，而在电器设备运行中谐波会对比相器的正常运行产生影响。因此，在比较两个电量时，如果其中一个具有谐波分量的条件就会切割方波，但是因为电压达不到预期电压值，电压就难以翻转。而两个交流带电已经转化成方波，在微分电路上形成脉冲，如果此时系统受到谐波的影响，微分脉冲就会增加。在增加交流电的情况下，就容易出现保护装置误动作，使得静态机电设备受到影响。

2.2感应继电器

电力系统受到磁场的影响，继电器会出现感应电流。感应电流与磁场相互影响，出现电磁转矩。影响到继电器转动效果。感应继电器会在这种状态下出现较大的惯性。运行效果会降低，但是谐波转矩将会对电力系统的运行产生一定的影响。谐波畸变下的电流运行会在不同分量磁盘中产生较大的转矩。感应继电器灵敏度也会随着电流频率的调整逐渐的降低。不同成都的谐波分量造成的转矩，也将会使转矩与谐波分量出现正负关系。感应继电器误动出现拒动都是由谐波分量有效数值与间相位差影响的。

2.3电磁型机电设备

虽然整定值会受到谐波的影响，但是如果谐波含量在一定的范围内，就不会增加整定值的误差。继电保护装置的基础就是基波电压或者电流整流，其动态作用的变化不会太大。但是如果继电设备中出现了谐波，并发生误动，在电压机电设备中其动作值就会因为高于基波的整值而产生拒动。当然，也有可能是空载变压器的切头中出现谐波，此时在谐波分量的影响下继电器也有可能产生误动，造成断路器跳闸的情形。因为电磁型继电器对定值误差的要求不高，所以如果谐波含量不超过10，其受到谐波的影响就比较小。但是如果谐波含量比较大，而且各次谐波衰减比较慢，出现电磁型继电器误动就会造成严重的系统事故。

3谐波治理方法

3.1控制源头

首先，可以在谐波产生的源头进行控制。该方法的有效性较高，对电网系统运转的稳定性有极大的提升，而且具有较高的经济效益，节省了治理资金，具体方法有：1）增加脉动数值。在交流电幅值波动频率较低的区域会产生较多的谐波，因此可以适当提高其脉动数值，从而减少其谐波。按照理论分析，随着脉动数值的增加，其谐波会随之减少，因此需要尽最大限度地增加脉动数值。但是在目前的技术环境下，当脉动数值多于某一数值后，变流器的体积会大幅增加，而且其变流过程会更加不稳定，且难以控制，因此该方法也有一定的限制，具体的限制数值根据当地的运行环境、技术水平以及资金承受能力而定。2）转换脉宽。在PWM输出的时候，需要进行转换，此时就可以通过调整其脉宽，消除谐波，要确保电压波形在1/4分解后仍处于对称状态，从而稳定地消除谐波。在这一过程中，要使用傅里叶级数展开式进行定量计算。在实际使用时，难免会产生误差，出现轻微不对称现象，导致谐波消除不彻底。该方法也有一定的局限性，但它已经具备了较高的效果，有较高的实际价值。

3.2设置滤波器

滤波器包括有源和无源滤波器。其中有源滤波器是一类新型用以实时抑制电力谐波、补偿无功的电力电子装置，汇集有高速计算机、电力电子自动调节等技术，可凭借电流互感装置检测到的负荷电流谐波含量，经由对应的处理，借助逆变器，形成与系统各次谐波大小一致、相位相反的谐波电流，传输至电力系统中，对电力谐波开展消除或中和。无源滤波器通常利用电路的谐振原理来达到消除谐波的目的，其中涵盖了电阻、电抗器等结构。在实际应用过程中能够与谐波源进行连接，实时抑制电力谐波、补偿无功的效果。无源滤波装置原理简单、投入成本小、后期使用与维护方便，对于吸收高次谐波可发挥尤为明显的成效。

结语

随着我国经济科学技术的快速发展，人们对电力的需求量在逐渐增加，并提出了更高更严的要求。但是在电力系统运行中经常会出现谐波，影响着继电保护的正常运行，也降低了电压正弦波的质量，严重制约了电网的正常运作。因此，在电力系统实际运行中，要认识到中电力系统谐波对继电保护的负面影响，在这样的基础上采取有效的对策降低其对继电保护的干扰，为电力系统安全稳定的运行提供坚强保障。同时也要采取有效的措施保证电力系统继电保护的正常运行，减少电力系统中的谐波影响，为电力系统的稳定运行和经济社会的发展提供了有力的安全保障。

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