有关电力系统谐波对继电保护的影响分析

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摘 要：随着社会经济的发展，各行各业及居民对电能的需求量与日俱增，电能带给企业及居民便利的同时，其安全性也影响着企业正常生产和居民正常生活。如果出现停电事故，企业将会蒙受巨大的经济损失，居民的日常生活也受到影响，也会影响社会的和谐和稳定。所以，电力部门必须对电网的安全及稳定运行的继电保护技术有足够的重视。本文主要对电力系统谐波进行分析，阐述其对继电保护的危害，最后提出一些防范的措施，为电网的正常运行提供一些参考。

关键词：电力系统；谐波；继电保护；危害

中图分类号：TM77 文献标识码：A

随着电力系统的不断发展，很多新型电气设备不断的运用到电力系统中，社会生活中的非线性负荷也逐渐和电网接轨。这些负荷在电网的运行过程中，可以产生大量的谐波，谐波对电力系统及电网设备都会出现严重的影响，使电能的质量下降。尤其在高压直流输电过程中，电力系统受谐波的影响非常严重，一旦受到谐波的影响，会造成电气设备异常运转或导致电力系统短路。使电力设备受损、绝缘设备性能降低，使用寿命下降。同时，谐波还会影响电力系统的继电保护及自动装置发生拒动，从而导致事故的发生，造成电力系统的安全运行受到威胁。所以，本文通过对谐波的分析，阐述其对继电保护及自动装置的影响，寻找消除影响的方法和措施。

1　谐波分析

1.1电力系统中的谐波

根据国际标准电工定义，谐波是一个周期电气量的正弦波分量，谐波的频率是基波的整数倍。近些年，一些研究者把非基波整数倍的频率分量定义为分数谐波或称为间谐波，把频率小于工频的分数谐波称为次谐波。而本文研究的重点是基波　整数倍的谐波，对其它类型不进行分析。现阶段，由于大量得分线性负荷接入电力系统，在设备与电网连接后，系统中的电流、电压会出现高次谐波，这些谐波会降低电能的质量，严重的会威胁到电力系统的安全和运行，是目前电力系统的公害之一。

1.2电力系统中谐波的危害

由于电力系统中的谐波对电力系统而言，其危害比较严重，综合起来主要包括以下几个方面：第一，对电网的整体质量产生影响；第二，严重危害电力设备的使用；第三，影响电力设备的正常运行；第四，干扰弱电系统的设备的正常运行。

1.3继电保护的作用

如果电网中的变压器、发电机及输电线路等电气设备发生故障，系统就会自动启动继电保护装置。如果故障是由于设备短暂出现问题，那么继电保护装置会对故障进行切除，然后闭合继续供电，保证电网的稳定、完全运行；要是设备故障是由于设备持续出现问题，那么继电保护装置应该在切除故障之后，采取有效的措施继续供电，这样就能保证电网的稳定、安全运行。所以，在电力系统及电力设备安全运行方面，继电保护装置的作用非常重要。

2　电力系统中供电谐波对继电保护的影响

2.1影响电磁型继电器

如果谐波的含量低于百分之四十时，那么谐波的整定值出现的误差就将低于百分之十，然而，由于继电保护装置的整定是根据基波电压或者电流进行的，因此在分静态状况下必然会对谐波造成一定的影响。谐波存在的时候，就会造成电流继电器出现保护拒动现象，如果继电器被含有谐波的电压作用时，那么电压继电器整定值要比其动作值低很多，所以就会引起电压器的拒动。对空载变压器投切时，往往会出现含量非常高的谐波励磁通流，高次谐波分量会造成继电器的误动，一旦出现误动，断路器就会立刻跳闸。

2.2影响感应型继电器

受磁场作用的影响，在感应型继电器的圆盘或者圆筒内会出现感应电流，感应电流会与设备中的磁场产生相互会见的作用，进而出现电磁转矩，造成圆盘或者圆筒转动。感应型继电器的可动部分由于具有较大的惯性，动作速递相对比较慢，谐波转矩对其造成的影响不是很大。根据电力庄家的测算，由于谐波产生的畸变电流中谐波分量会在继电器磁盘内产生一定的转矩影响，而继电器的灵敏度随着电流频率的增加逐渐见降低，特别是在三次谐波和五次谐波电流造成的转矩，很大程度上对继电器的灵敏度产生影响，主要原因在于畸变电流在继电器磁盘上造成的转矩值与电流中各次谐波分量产生的转矩与基波分量之和是相等的。因为谐波电流分量造成的转矩值有正有负，所以继电器有可能产生误动，也有可能产生拒动，主要还是由谐波分量的有效值与谐波间相位差所决定的。

2.3影响整流型继电器

谐波对整流型继电器也会产生较大的影响，整流型继电器的特点主要有：把输入的几个交流量进行组合，对组合进行整流，或者对一个输入交流量进行整流，把所得的电流信号或电压信号及其动作作为判断的依据，决定继电器的动作。通常相隔两个∏/n时有凸点或凹点出现，如果谐波含量越大，那么凹凸的情况就越明显。例如：假设两个电气量的环形整流比相器回路构成的方向阻抗继电器，回路中如果含有谐波分量时，就会造成其动作特性的改变，由规则的圆形变为不规则的封闭曲线，并且在曲线中存在很多歌凹凸不平的点。如果输电线路出现接地短路的故障，那么电流中的谐波含量也会增大，此时整流型继电保护装置会出现拒动。导致这一现象出现的主要原因是由于电流回路中含有谐波分量，环形整流比相器以输出交流分量为主，导致继电器动作特性不规则、不光滑，出现破损现象。所以，在继电器的设计时，就要将谐波的影响考虑进去。

2.4影响静态性继电器

在静态保护中，主要采用静态继电器和固态继电器两种继电器，有无机械运动的器件组成。该装置可以有效的将谐波影响消除掉，所以在目前也成为人们最受关注的保护装置。根据相位比较原理，组成该继电器，对两个交流电量的比较可以采用微分比相器和积分比相器来实现。两种比相器都受到谐波分量的影响：对积分比相器的影响主要是各半波积分比相器进行比较，分别是正半周或者负半周极性相同的时间，如果进行比较的链各个电量中，任意一个含有谐波分量，它的方波就会被切成碎块，这就可以使积分电压降低，其后边的触发器也就不能被处罚，造成保护拒动；微分比相器主要是将两个交流电量全部转换为方波，然后将其中之一通过微分电路使其产生脉冲，然后与两外一个方波进行对比，如果存在谐波，那么就会出现多个微分脉冲，这样就增加了交流电量过零点的概率，会出现保护误动的现象。如相差保护中，短路时出现的高次谐波与直流分量叠加，而半波比相器就会输出电流，造成保护出现误动现象。

3　消除谐波的措施

在电力系统中，针对谐波消除的方法有很多，各种方法都有其利弊，但整体上而言，对谐波的消除主要从限制其震荡过电压的产生入手。首先，为了防止匹配成谐波振参数，就需要改变电网对互感器或地容抗的感抗；其次，为了防止谐波振的出现于发展，采取在零序回路内增加阻尼的方法进行限制。因此，主要采取以下几种设计方法来达到这一目的：第一，选择性能良好的电磁式电压互感器或者是采用电容式电压互感器；第二，提高电网的对地电容；第三，保证电压互感器的中性点不接地；第四，在互感器三角绕组端口处接阻尼电阻或者接消谐装置；第五，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。

在互感器开口处的三角绕组端，设置消除谐装置，可以通过瞬间断续触发接在电压互感器开口的双向可控硅，这样就可以保证短接电压互感器瞬间断续，使得谐振回路阻尼以及系统自身的零序电压在零序电阻的作用下增加，从而释放出谐波振能量。如果阻尼电阻是接在电压互感器开口三角绕组端进行消谐时，那么消谐的作用和外接阻尼电阻大小有直接关系，电阻越小，效果越好。电阻为零时，效果最好。在双控硅瞬间断续短接时，与外接阻尼电阻为零是一样的，不会影响其他继电器及自动装置的运行。根据实践检验，这种装置对电流系统多频谐波振的问题有效的进行了解决，此外，该装置不但可以分辨谐波振的频率，还能及时检测到谐波，并采取有效的措施消除谐波，对谐波振接地及电网故障可以进行区分，不会造成自动化装置及继电器的故障，装置设置简单可靠，不涉及一次设备，对无人值守的自动化变电站较为适用。

结语

随着电力系统中越来越多的采用电子电力设备，对配电系统的正常工作产生了较大影响，尤其是继电保护方面受到的影响最大，谐波问题目前已经备受关注。此外，电力系统的中变动会使系统的阻抗结构产生变化，造成电压、电流及阻抗也发生改变。所以，对于继电保护而言，其本身就不能受外界的干扰，所以，应该对继电保护设备的正常运行进行保障，对出现的故障及设备异常运行应该采取有效的措施及时进行解决。

参考文献

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