電力系統(tǒng)諧波對(duì)繼電保護(hù)的影響分析

林煒 張繼偉 邱碧丹

（福建電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 泉州 362600）

在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，穩(wěn)定性是它的必須要求，由于電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，需要在滿足用戶的基礎(chǔ)功能上，實(shí)現(xiàn)對(duì)電能生產(chǎn)以及運(yùn)行過(guò)程中的保護(hù)和控制，并且減少功率在這個(gè)過(guò)程中的損耗，但是在電力系統(tǒng)中，由于各種配件的作用，導(dǎo)致其中存在不少潛在的安全隱患，諧波的產(chǎn)生以及所構(gòu)成的不同結(jié)構(gòu)形式就是對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生危害的一部分，需要有關(guān)人員進(jìn)行具體的研究。這類諧波含量的高低會(huì)直接影響受端設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，增加濾波采樣裝置的設(shè)計(jì)難度，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)控運(yùn)行帶來(lái)挑戰(zhàn)。但是在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，還是會(huì)或多或少的出現(xiàn)不同的安全和質(zhì)量隱患，造成對(duì)電力結(jié)構(gòu)的影響，諧波就是其中的主要危害因素，需要對(duì)它進(jìn)行全面的分析，找到有效的抑制方法。

一、分析諧波出現(xiàn)的機(jī)理

在電力電網(wǎng)之中，非線性的負(fù)載主要是產(chǎn)生各種類型諧波的重要來(lái)源，然而電力互感器鐵心飽和引起的電感變化則是非線性負(fù)載的主要來(lái)源之一，實(shí)際電力系統(tǒng)之中，外界激發(fā)作用多數(shù)都自于斷路器和合閘、線路接地等，這些都會(huì)導(dǎo)致電壓互感器以及電流互感器鐵心飽和等。然而鐵磁諧振則是作為鐵心飽和引起回路共振的一種特殊現(xiàn)象，多見(jiàn)于如下電力網(wǎng)絡(luò)，空載或輕載條件下，電磁式電壓互感器和線路對(duì)地電容組成的振蕩網(wǎng)絡(luò)，空載變壓器和空載長(zhǎng)架空線路對(duì)地電容組成的振蕩回路等。特別對(duì)于中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)，非線性電感元件和電容元件組成振蕩回路，而回路穩(wěn)定狀態(tài)的情況下，其自振頻率則是小于某一低頻諧振頻率，而鐵心飽和的情況下，電感將會(huì)快速的減小。

二、分析諧波對(duì)于繼電保護(hù)裝置帶來(lái)的影響

（一）對(duì)電磁型繼電器的影響

通過(guò)相關(guān)調(diào)查能夠發(fā)現(xiàn)，諧波的含量不超過(guò)百分之四十的情況下，其整定的誤差則是小于百分之十，在電力系統(tǒng)之中，諧波的設(shè)定主要是根據(jù)基波電流或者是基波電壓整定的，因此在非靜止?fàn)顟B(tài)下的諧波必然會(huì)對(duì)繼電保護(hù)裝置帶來(lái)一定的影響，同時(shí)在電力系統(tǒng)之中，諧波的存在畢然會(huì)對(duì)繼電保護(hù)裝置產(chǎn)生保護(hù)拒動(dòng)。一旦在繼電保護(hù)裝置上的諧波存在基變電壓，基波整定值比電壓型繼電保護(hù)裝置動(dòng)作值要低很多，這就造成繼電保護(hù)裝置出現(xiàn)延誤，可能會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)，從而導(dǎo)致無(wú)法正常運(yùn)行，尤其是在空載變壓器投切的過(guò)程中，十分容易導(dǎo)致出現(xiàn)跳閘行為。

（二）對(duì)電感應(yīng)型繼電保護(hù)裝置的影響

在圓盤(pán)磁場(chǎng)的作用之下，感應(yīng)性的繼電保護(hù)裝置肯定會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流，然而感應(yīng)電流在空間其他的磁場(chǎng)作用之下，先出現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩，之后促進(jìn)其圓盤(pán)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)感應(yīng)繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作相對(duì)比較慢，能夠活動(dòng)的部分慣性則是比較大，因此諧波對(duì)其所帶來(lái)的影響是相對(duì)比較小的。然而在通過(guò)分析后了解，因?yàn)槭艿交冸娏鳟a(chǎn)生的諧波分量會(huì)在繼電保護(hù)裝置的磁盤(pán)上產(chǎn)生附加轉(zhuǎn)矩，所以繼電保護(hù)裝置的觸發(fā)時(shí)間可能會(huì)隨此影響而產(chǎn)生一定的改變，對(duì)于三次到五次諧波分量產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩對(duì)此產(chǎn)生的影響相對(duì)比較大，因此在實(shí)際進(jìn)行應(yīng)用的過(guò)程中，必須要對(duì)這個(gè)問(wèn)題引起足夠的重視，避免對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)影響。

（三）對(duì)整流型繼電保護(hù)裝置的影響

在電網(wǎng)之中，正玄波主要是一個(gè)理想波形，這點(diǎn)是毋庸置疑的，導(dǎo)致諧波出現(xiàn)的原因主要是因?yàn)檠b置的單向?qū)щ娮饔茫泳€方式以及系統(tǒng)參數(shù)等原因之下所出現(xiàn)的，這種波形的出現(xiàn)對(duì)于電力系統(tǒng)而言是十分不力的，對(duì)于繼電保護(hù)裝置也將會(huì)帶來(lái)一定程度的損壞，在這之中，高次諧波是非常重要的因素，當(dāng)諧波電壓較高的時(shí)候，繼電保護(hù)裝備在一定程度上就會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)等一系列情況，增加系統(tǒng)的誤差，從而增加困難性。在高負(fù)序系統(tǒng)中的高次諧波電流會(huì)對(duì)負(fù)序電流產(chǎn)生不同的影響，這樣會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)誤動(dòng)的情況，甚至是對(duì)聯(lián)動(dòng)裝置帶來(lái)破壞，導(dǎo)致其如此可以正常穩(wěn)定的工作，因此在實(shí)際工作中需要對(duì)其問(wèn)題引起足夠的重視。

三、分析繼電保護(hù)裝置中應(yīng)對(duì)諧波的措施

（一）對(duì)諧波振蕩過(guò)電壓形式進(jìn)行限制

對(duì)于這種情況而言，具體可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行入手分析，在零序回路中適當(dāng)?shù)脑黾幼枘?，從而減少諧波的出現(xiàn)和擴(kuò)大，之后在從途徑上去解決問(wèn)題，不斷提高電力系統(tǒng)的容抗以及互感器的感抗，這樣就不會(huì)造成諧波振動(dòng)參數(shù)，也是可以從設(shè)計(jì)思路上對(duì)問(wèn)題進(jìn)行解決，具體如下所示：一是通過(guò)在互感口加設(shè)阻尼電阻以此來(lái)減少諧波干擾，或者加消除諧波裝置。二是增加電力系統(tǒng)的對(duì)地電容，增加地容抗這樣也可以很大一部分抵擋諧波影響。三是在互感器高壓側(cè)中性點(diǎn)使用大電容接地。四是在電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)使用消弧線圈接地。因此在設(shè)計(jì)和思路上，可以從多點(diǎn)進(jìn)行出發(fā)分析，在充分考慮電力系統(tǒng)的可靠性以及穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，也是可以從限制諧波產(chǎn)生，或者從設(shè)計(jì)途徑來(lái)解決問(wèn)題，以此來(lái)達(dá)到良好效果。

（二）合理的加入濾波器

在電力系統(tǒng)之中，有效對(duì)諧波進(jìn)行控制的方法便是合理的加入濾波器，這樣不僅僅可以有效抑制諧波的產(chǎn)生，也是可以抑制諧波的蔓延。此外電容以及電感和電阻組成的濾波電路稱為濾波器，它的作用在于，它可以把電路中的特定頻率以及線路進(jìn)行有效的整合，從而對(duì)諧波進(jìn)行到限制蔓延的作用，以達(dá)到消除工作。從現(xiàn)在來(lái)看，此階段，有一種濾波器能達(dá)到良好的效果，那便是數(shù)字濾波器，是和模濾波器相互作用，在電力系統(tǒng)中將其運(yùn)行線路作為一個(gè)變量，對(duì)外界輸入信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的整合處理，使其可以更好地實(shí)現(xiàn)頻譜修改的作用，具有良好的控制諧波作用，因此在實(shí)際進(jìn)行應(yīng)用的過(guò)程中，需要引起相關(guān)人員足夠的重視。

（三）合理的改進(jìn)系統(tǒng)，消除諧波限制

在電力系統(tǒng)中會(huì)中，將其電抗器和電容器相互的串聯(lián)到一起，這樣可以形成一個(gè)比較有效的回路，并且在這個(gè)回路上，是需要將其諧振頻率設(shè)定不一樣的震動(dòng)點(diǎn)上，使其可以有效達(dá)到消除多次諧波的一個(gè)目的，因?yàn)檫@種方法的成本相對(duì)比較低，并且在實(shí)際進(jìn)行操作的過(guò)程中也是較為簡(jiǎn)單，市場(chǎng)需求大，這種方式被廣泛運(yùn)用，許多高次諧波都是采用此方法。

總結(jié)：綜上所述，對(duì)于電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，諧波的產(chǎn)生有著一定的危害，對(duì)機(jī)電型繼電保護(hù)裝置、微機(jī)繼電保護(hù)等方面都有著一定的影響，有關(guān)人員需要從有源諧波治理、無(wú)源諧波治理等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而減少諧波對(duì)電力系統(tǒng)的破壞，延長(zhǎng)它們的使用壽命。此外通過(guò)采取適時(shí)改變電網(wǎng)運(yùn)行方式，采用電容式電壓互感器，在保證保護(hù)速動(dòng)性的前提下提高保護(hù)裝置的頻率自適應(yīng)能力等措施消除或過(guò)濾間諧波，才能有效克服電網(wǎng)間諧波對(duì)繼電保護(hù)帶來(lái)的影響，提高保護(hù)動(dòng)作的可靠性，并且還要能夠正確的區(qū)分電路的運(yùn)行狀態(tài)，以此來(lái)避免外界的干擾，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，這樣才是電力發(fā)展的主要趨勢(shì)。