分析电气设备中的谐波对继电器保护的影响

分析电气设备中的谐波对继电器保护的影响

张雪苹

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摘  要：随着电气设备的不断发展和进步，电气设备中的谐波对继电器的保护问题也逐渐凸显出来。本文旨在研究电气设备中的谐波对各种继电器保护的影响，从谐波的影响危害着手，并提出相应的解决措施，为电气设备的保护提供一些可行性的思路。

关键词：电气设备 谐波 继电器 保护

近年来，国家不断加大对电力系统的重视，针对电气的保护措施也逐渐增加。其中，电气设备中换流逆变设备装置的大量运转，产生了巨大的谐波，从而对继电器造成了极大的危害，影响了机器的正常运转。因此，加大控制谐波对电气设备的影响有着至关重要的作用。

一、谐波产生的原因以及危害

1.谐波产生的原因

谐波产生主要有两方面因素：即非线性负载和电源。在电力系统运行中，电流流过线性负载时，产生的电流和电压彼此呈现线性比例。相反，如果电流流过非线性负载时，负载电流则会出现非正弦电波，产生谐波。另一方面，在电气设备的运转过程中，由于环境、技术等多方面的因素，导致电气设备的内部装置中的铁心分布出现偏颇，即电力装置中的磁感应分布不均匀而产生了大量谐波。图1为电气设备中谐波产生对电气设备的影响。

         图1    电气设备中谐波产生情况分析

2.谐波的危害

在电气设备的正常运行中，谐波不仅能导致电器系统运行中数据发生丢失、计算机误运行、设备提前失效等问题，而且对继电器的工作寿命和工作效率等产生巨大影响，严重的降低了电器设备的正常工作。主要表现为：①对继电保护产生干扰，导致保护误动作，严重甚至造成区域性的停电。②加大了变压器的老化程度，严重影响了变压器的使用寿命。③造成无功补偿设备部件的部分损坏，失去无功补偿的功能，大片线路造成损失，从而导致变压器额定容量的降低。④因为谐波电流不断的在导体表面大量流动，使导体过热，影响了开关的实际容量，出现开关过载，形成经常性跳闸现状。

二、抑制谐波的措施

①从控制谐波源着手，将谐波产生的谐波源重新改造，减少不利于继电器运行的谐波或彻底清除谐波，提高设备的功率因数。结合笔者的经验，通常采用的方法是合理有效地设计电器设备，并选择适当的参数和数据，运用不同材料，提高设计质量，最大程度地降低谐波对电器设备的影响。

②从增设谐波补偿装置着手，达到降低谐波或清除谐波的作用。这是一种最传统的做法，但方便有效，适用任何谐波源，值得推广。一般的做法是在继电器中安装LC调谐滤波器的装置，这样既能吸收高次谐波又能达到改善负载功率因素的目的。但是，增设谐波补偿装置也存在一定的问题。主要表现在以下几点：（1）电源谐波发生源的不断增加，会致使滤波器发生过载，影响继电器设备的正常运转。（2）同时在一个电力系统中装设过多LC调谐滤波器，会导致高次谐波电流流动的平衡性造成破坏，停止动作。（3）因调谐发生偏移或是残压电阻的存在，致使调谐滤波器不可能处于零，也必然会影响滤波效果，甚至还会出现滤波器过载负荷的情况。如图2

三、微机继电保护的发展趋势

目前，我们常用的谐波检测仪多以谐波的分析和测量的目的设计的，完全不能彻底做到预防和避免谐波的发生，且精确度较低、应用范围狭窄。微机继电保护正好解决了这个难题。这也是继机电型、晶体管型、整流型、以及集成电路型继电设备之后，新出现的继电器装置。

微机继电保护主要指的是利用数字式计算机（微型机）作为基础而形成的继电保护系统。其具有计算机化、智能化、网络化、保护、控制、数据通信一体化等特点。微机继电保护能实现距离保护、表格制作、三相重合闸、功率因数调整、零序保护逻辑、负荷控制、图形打印等功能，广泛应用于现代化的电力系统中。同时，有效地抑制了谐波的危害，加强了对电力设备的保护。

微机继电保护主要由硬件结构和软件系统两方面构成。

①硬件结构

微机继电保护的硬件平台结构由若干功能模块组成：（1）CPU和存储器口（2）串并行通信接口（3）实时时钟（4）定时计数器（5）中断逻辑（6）显示控制电路（7）看门狗电路（8）数据存储器（9）开关量光隔输入（10）开关量光隔功放输出（11）固态盘或存储器 A（程序）、B（报告）、C（整定值）（12）工业局域网接口。这些功能模块前7项集成为一个芯片。后5项集成到单板工控机或者总线工控机上。这样做到了“总线不出板”，一定程度上增大了谐波对电气设备的抗干扰力度以及整体系统的保护和可靠。见图3系统框架图

       图3      微机继电系统框架图

②软件系统

（1）处理器

当前，广泛用于自动化控制的理想芯片主要为单片机，其指的是将计算机内部的各功能模块集合到一起，组成单一硅片的微型计算机，具有正常计算机全部的运行功能，通常芯片内掩膜 RAM、CPU、EPROM。例如：INTEL8051微处理器。同时，普遍有X863、DSP、RISC三类器件用于高性能的微机保护装置。这些处理器不仅能极大的缩短数字滤波、滤序等时间，而且能最大程度上控制滤波发生，有效的提高了电气设备的运行能力。

（2）交流信号采集模块

主要将运行系统中的大电流和电压转化为可供微机继电器使用的信号，为采样开关使用。包含模拟量和开关量的采样。

（3）开关量输入输出部分

开关量输入输出部门主要是利用传感元件使强电流信号转换为弱电流信号，并将有用开关量采集出来或输送出来，以减少整个系统对检测电路的干扰或影响。

（4）存储系统

存储系统大致由操作系统以及用户应用程序的驻留系统、整定值的存储系统、运算数据和中间结果的内存系统、暂存系统参数、各类报告的存储空间和其他存储空间五部分所组成的。主要用于储存微机系统中所收入的大量数据等信息内容。

（5）人机交互模块

人机交互模块是工作人员与微机之间的操作枢纽，更是完成整个微机继电保护的重要环节。通过键盘将信息输入到微机中，LED灯提示微机所处的工作状态。这样最大程度上增加了微机系统的保护和稳定性。

（6）通信模块

通信模块用来缓解人机交互模块为微机装置所带来的负担，一般传输整定值、故障报告、硬件测试命令、采样值报告与结果或是测量参数等信息。其不仅减轻了网络负荷，更提高了设备的安全性，提示了比LED灯所显示的更丰富的信息，方便了调试过程以及运行过程。

总结：

谐波是电器设备能否正常运行的关键因素，更是衡量电能质量优劣的一个重要标准。微机继电保护的出现是电力设备未来发展的趋势，更是有效抑制谐波的最佳装置，值得在电力系统中推广。

参考文献：

[1] 周利东,滕欢. 电力系统谐波分析的有效方法[J]. 四川电力技术, 2010,(01) .

[2] 马丽娜,周玉红. 浅谈谐波对继电保护的影响及抑制对策[J]. 内蒙古科技与经济, 2009,(07) .