电力系统谐波对继电保护的影响

电力系统谐波对继电保护的影响

白森海

国网山西省电力公司太原供电公司二次检修室，山西省太原市 030000

摘要：近几年来，我国电力行业得到了蓬勃发展，在电力系统当中，谐波主要指的是电流当中含有频率为基波整数倍的电量。在近几年的发展过程中，随着中国电力行业的发展速度不断加快，各种新型的电器装置以及设备不断出现，非线性负荷在国民经济和人们生产工作中应用越来越广泛。因此，电网内部的谐波量不断上涨，对电力系统所产生的影响非常明显。基于此，重点针对电力系统谐波对继电保护所产生的影响进行了分析和研究，并且提出了相应的问题解决措施，有效保证了电力系统安全稳定工作和运行。

关键词：电力系统；谐波；继电保护；应对措施

引言

新型电力设备在电力系统中的应用造成非线性负荷的增加，电力系统在负荷压力下的运行会产生大量的谐波，谐波将会对电力系统的运行产生较为严重的影响。直接导致电力质量下降。特别是高压电力输送中，电力系统谐波破坏性更强。谐波会使电力系统运行出现异常。电力设备损坏严重，寿命和性能下降。谐波导致的不同程度电力系统事故，需要电力人员特别的对待，强化继电保护功能。找到消除谐波的方式成为电力系统完善的重点。

1电力系统谐波

电力系统谐波是指一个周期电气量的正弦波分量，而基波频率的整数倍就是其频率，一般基波的频率会低于谐波的频率，所以又叫高次谐波。电力系统会受到谐波的影响，使得其电压正弦波质量降低，并影响电网的正常运作[1]。电子设备和电力电子设备的推广应用，增加了变频调速设备、工业电炉和电气机车等非线性负荷，电力系统中的谐波也就越来越多。而高次谐波的产生会增加维修工作量和电网损耗，容易产生干扰使保护和自动装置误动，计量器件也也会产生误差，干扰无线电通讯系统，最终缩短电气设备的寿命。

通常电气化铁路、非线性负荷、风电、光伏发电、汽车充电站等设备中经常会产生谐波，而电气化铁路是一个特殊的电力系统用户，其负荷具有非线性、不对称性和波动性的特点。在机车运行中非线性特征明显，此时电力系统中就会出现大量的谐波电流，并成为最大的谐波源，3-13次的奇次谐波电压中的含有率会出现不同程度的超标，而且电力机车开停频繁，就会增大有功冲击，使得出现电力系统电压波动和闪变。在风电场中产生谐波产生是因为输入的风力发电能量具有不确定性，而且有大量的整流和逆变设备，所以就会出现谐波。通过光伏组件，太阳能就会转化为直流电力，并由直流监测配电汇集到并网型逆变器中，转化成电网同频率同相位的正弦波电流，而这一逆变过程就会增大谐波污染。在充电机装置中，在模拟充电机上运用Matlab进行谐波仿真计算，就会发现实测电流中有3次谐波，这与负荷不对称有关，它会使得中性点偏移，并与中性点对地形成回路，最后就产生了3次谐波电流。电力系统的谐波源主要是可控硅的整流设备，但是其实际运行情况比较差，换流电抗和换相角不等于零，平波电抗器的感抗不会趋近无穷大，所以输出直流就会有脉动，使得三相交流系统不具有对称性，此时就会产生谐波。

2电力系统中谐波对继电保护的影响

电力系统高压直电流运行中，系统产生的谐波会对继电保护设备产生直接的影响，导致在降低继电器保护效果、动作特性产生畸变同时，一定概率上增加了继电设备中继电器出现拒动的现象；同时，由于不同型号的继电器，其工作原理、设计性能有所差异，因此，对谐波带来影响的承受能力也有着很大的不同，其中谐波对高压直流系统会造成最显著的影响，由于谐波对继电设备的破坏程度比较大，严重者会影响到电力系统的正常运行，消耗并且加快电力设备和输电线路的老化速度。

2.1针对继电器与自动装置的影响

在电力系统中，不同的继电设备受到谐影响产生的结果存在差异化，谐波对电力系统中继电保护功能产生的影响主要是表现在继电器设备上，由于不同继电器在设计与使用功能上的不同，导致谐波对其的影响也不同。在电磁型继电器中，谐波在低于40%的情况下，电力系统所产生的误差将小于10%，但在动态电流的背景下，谐波对继电器影响较大，造成电磁型继电器发生拒动行为，而形成的原因是由于谐波的存在会将电压发生畸变，致使基波值数据变形，促使电压继电器拒绝保护电力系统同时，未能发挥自动装置的作用。

2.2针对整流型继电设备与距离保护的影响

在电力系统出现故障时才能激发系统的继电保护功能，通过继电器的保护有效地将故障排除在外，来保证电力系统的正常运行。当电力系统出现障碍时，基波的阻抗值以及误动值比较大，谐波便会产生较大的电流分量，而出现过多的滤波阻碍电力系统中继电器设备发挥其保护作用，若滤波处理不及时，不仅会导致继电设备出现误动，还可能产生误操作的状况。

2.3针对微机线路与负序启动元件的影响

电力系统中谐波对继电保护的影响除了表现在继电器本身外，同时也表现在对电力系统的微机路线与负序启动元件上。负序启动元件和突变量是构成微机路线的重要组成部分，当负序启动元件受到谐波的影响时，会导致保护装置、逻辑电路在运行期间出现较大的失误性操作，从而影响微机路线系统发挥保护的作用。

2.4静态继电器

静态保护下的继电器会进行无机械运行。继电保护装置能够有效的将谐波进行分离去除。交流电路在微分比相器的应用上受到谐波分量的影响。同时根据比相器在正负极周性相比，相同的电量会导致不同的谐波分量。利用方波将电压进行控制，再触发器上造成拒动保护。电力系统中消除谐波的方法有很多。要限制震荡电压的产生。根据谐波参数，改善电网对互感器的感抗效果。采用零序回路的方法对谐波进行限制。电网对地电容效果也会在中性不接地的情况下制定限制条件。在中性点处经过消弧线圈处接地；第六，在互感器高压侧中性点经电阻接地或者经大电容接地。在互感器上设置谐波消除装置，并且要阻断触发器电压双向控制，这样保证电压互感器能够在瞬间完成谐波消除。同时在双向控制中谐振回路阻尼将会根据自身的零序电阻调整进行谐波振动的释放。外接阻尼电阻为零的时候，不能够影响到继电器的运行，同时要时刻关注谐波分量的产生。

2.5感应型机电设备

在感应型继电保护装置中，其动作速度慢、惯性大，这样就削弱了谐波的影响，使得谐波转矩的作用变小，对感应型机电设备的影响小。但是如果因为磁场作用继电器圆盘或圆筒中产生了电流，而另一个磁场的作用产生了电磁转矩，此时在电磁转矩的影响下圆盘或圆筒就会发生旋转。如果此时输入一定频率，在畸变电流谐波分量的影响下继电设备中的磁盘会出现附加转矩，当转矩与电流谐波分量和基波分量等转矩的和相等时，继电器的灵敏度就会降低。而且谐波分量包括整数和负数，继电保护装置中就可能出现误动或拒动的情形。如果电力系统出现了谐波，三相谐波不相等也不对称，负序滤波器就会加大谐波输出，放大裂相回路对谐波的作用，增加整流出的直流脉动，出现保护误启动。

结语

随着我国经济的发展，人们对电力的需求量在逐渐增加，并提出了更高的要求。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，为电力系统的稳定运行和经济社会的发展提供保障。

参考文献

[1]程丽.电力系统谐波对继电保护的影响研究[J].2017,19(01):97.

[2]郭冰,王维川.电力系统中谐波对继电保护的影响[J].经营管理者,2015(03):343-344.