电力系统间谐波对继电保护的影响分析

刘晓宇 陈凯

摘要：电力系统运行下电力系统间谐波对继电保护装置有着一定的影响，针对当前继电保护的重要机制，做好谐波处理至关重要。下面文章对电力系统间谐波对继电保护的影响与治理措施展开探讨。

关键词：电力系统；继电保护；谐波；间谐波

引言

电力系统是指由发电厂、输电线路以及用电客户端等环节构成的一种电能循环系统，它是通过电能生产以及传输等形式，从而有效的将不同的电力分配给相关的用户，这是一个非常复杂的过程，有关部门通过不同的措施和方法，加强对电力系统和信息数据的控制值，并且安装相应的电力保护装置，并且在自动化技术的应用下实现监控自动化、调度自动化的目的。但是在电力系统的运行过程中，还是会或多或少的出现不同的安全和质量隐患，造成对电力结构的影响，谐波就是其中的主要危害因素，需要对它进行全面的分析，找到有效的抑制方法。

1间谐波的产生机理

随着各个领域用电的广泛增加，电网中的变压器、三相电机等传统的非线性装置以及整流器、变频器等现代的非线性装置的使用量和使用范围也跟着大量增加。这些负荷装置在电力系统中运行时，造成了电网供电的不平衡性，同时对电力系统的整个运行质量产生了严重的影响。电力电网中，非线性负载是产生各类谐波的主要来源。而电力互感器铁心饱和引起的电感变化则是主要的非线性负载来源之一。实际电力系统中，外界激发作用多见于开关分、合闸，线路接地、断线等，这些都会引起电压、电流互感器铁心饱和。铁磁谐振作为铁心饱和引起回路共振的一种特殊现象，多见于如下电力网络：空载或轻载条件下（回路损耗足够小），电磁式电压互感器和线路对地电容组成的振荡网络；空载变压器和空载长架空线路对地电容组成的振荡回路等。对于中性点非有效接地系统，非线性电感元件和电容元件组成振荡回路，回路稳态运行（线性状态）时的自振频率小于某一低频谐振频率，而当铁芯饱和（非线性状态）时，电感迅速减小，则会发生铁磁谐振。譬如中性点不接地系统中，空载投切线路或母线时，线路对地电容与母线（或线路）PT构成LC振荡回路，在某一谐振频率下会发生串联（电压）谐振，该频段谐波电压幅值大，会对系统产生较大影响。铁磁谐振不仅可在基频（50Hz）下发生，也可在高频(170Hz)、低频(17Hz,25Hz)下发生，即所谓的间谐波。

2 谐波对继电保护装置的影响

2.1对电磁型继电器的影响

从所查资料分析我们可以得知，谐波的含量不超过40%时候，它的整定误差小于10%，在电力系统中，谐波的设定是根据基波电流或者基波电压整定的，所以在非静止状态下的谐波必然会对继电保护装置产生一定的影响。在电力系统中，谐波的存在必然会对继电保护装置产生保护拒动。一旦在继电保护装置上的谐波存在基变电压，基波整定值比电压型继电保护装置动作值要低很多，这就造成继电保护装置出现延误，可能会导致继电保护装置误动，从而导致无法正常运行，特别是空载变压器投切时候，很容易引起跳闸行为。

2.2对机电型继电保护的影响

机电型继电保护装置是对电力系统中的测量部分、逻辑部分以及执行部分进行保护的过程，它是由若干个不同的机电型继电器组成，可以有效的反映出实时电压和电流的运行状态，通常情况下，如果电力系统内部发生一定的故障，机电型机电保护装置就会快速的对故障位置进行定位，减少带来的安全隐患，对于机电型继电器来说，它是由于电磁感应或者电磁力的作用下，产生不同程度的机械动作，并且在继电器中加入了不同的物理量，从而使其满足一定的目的。在电力系统的运行这种，谐波会对机电型继电保护装置造成一定的影响，这主要是由于这个类型的装置是经过电磁、电力以及机械等方面的多次转换而成，而谐波的产生可能会对电力造成一定的影响，从而导致保护装置的准确度降低，速度变慢等现象，还会引发假性故障的产生，对机电型继电保护装置的工作原理造成一定的破坏。

2.3对感应型继电保护装置的影响

在圆盘磁场的作用下，感应性继电保护装置肯定会产生感应电流，而感应电流在空间其他磁场的作用下，先出电磁转矩，进而促进圆盘转动。感性性继电保护装置动作较慢，可以活动的部分惯性较大，所以谐波对此影响相对较小。基于科学分析，可以了解到，受基变电流产生的谐波分量会在继电保护装置的磁盘上产生附加转矩，所以继电保护装置的触发时间可能会随此影响而产生一定的改变，对于3～5次谐波分量产生的转矩对此产生的影响更大。

3应对电力系统中谐波影响的方法

3.1改进继电保护装置

针对现有的继电保护装置，可以运用受谐波影响很小的装置（弱电继电器）和继电保护的动作原理（比相、零点检测）等，对装置进行改进。采用滤波器对继电保护装置实施保护，对电路中出现的谐波分量进行处理，同时加入减弱谐波的线路，达到避免谐波干扰的作用，针对变压器中的继电保护装置，采用能迅速饱和的变流器实现对继电器的替换，也可以使用有二次谐波制动能力的继电保护装置以及限时回路等方式。

3.2有源谐波治理

有源滤波技术是一种主动应对谐波的方式，它由功率器件组成，通过随时随地地监测电力系统运行的状态，主动产生与谐波电流相反的等量电流来达到消除谐波电流，实现电网的净化。在低压配电系统中所配置的有源电力滤波器起到控制谐波电流幅值、频率以及相位的作用，并通过检测负载谐波以及输出电流的方式，抵消一部分谐波源负载形成的谐波电流，从而减小谐波对低压配电系统造成的危害，可将其视为一台谐波发生器。同时，有源电力滤波器可分为串联型与并联型两种。其中，串联型滤波器负责处理谐波电压问题；并联型滤波器负责检测负载电流与计算谐波电流，并持续输出相同大小与反方向的电流，从而抵消负载谐波电流。与无源滤波器相比，有源滤波器具有响应速度快、补偿能力稳定、补偿方式灵活、不易出现谐振现象的优势。

3.3无源谐波的治理

无源谐波的治理过程主要是将电抗器与电容器串联到一起，并且形成一定的回路，在这个回路上，它的谐振频率需要设定到不同的振动点上，从而达到滤除多次谐波的目的，在电力系统的运行过程中，这种工作的方法造价成本是非常低的，而且操作简单，市场需求非常大，许多高次谐波采用的都是这种治理方式，但是在无源谐波的治理过程中，它的滤波效果并不是很突出，不能得到有效的消除，还会存在与系统谐振的可能，需要有关人员从综合方面进行考虑和选择。

3.4加入滤波器的应用

在电力系统中，有效控制谐波产生还有个最有效的办法就是加入滤波器，这样不但可以抑制产生，还可以抑制蔓延。电容、电感和电阻组成的滤波电路称为滤波器，它的作用在于，它可以把电路中的特定频率以及线路进行有效的整合，从而对谐波进行到限制蔓延的作用，以达到消除工作。从现在来看，此阶段，有一种滤波器能达到良好的效果，那就是数字滤波器，它与模滤波器相作用，在电力系统中，它将运行路线当作为一个变量，对外界输入信号进行整合处理，从而实现频谱修改的作用，以致达到良好的应用效果。

结语

综上所述，对于电力系统来说，谐波的产生有着一定的危害，对不同类型继电保护都有着一定的影响，有关人员需要从有源谐波治理、无源谐波治理等方面进行设计，并制定合理的应对措施，切实降低谐波对电力系统的破坏，提高继电保护装置的运行效果，推动电力系统稳定运行。

参考文献

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