浅析电力系统谐波对继电保护的影响

刘晓寅

摘 要：现代社会发展对电力系统提出了更高要求，尤其是新型电气设备的出现使得电力系统谐波问题日益严重，由于谐波对电力系统安全运行有很大影响。因此，需要研究电力系统谐波对继电保护的影响，以便采取合理措施加以预防。为此，文章将从谐波基本情况入手，结合导致谐波出现的原因，研究谐波对继电保护会产生哪些影响。

关键词：电力系统；谐波；继电保护

前言

经济的发展带动了电子技术发展，很多工业企业将可控硅整流装置与换流逆变设备应用其中，致使电力系统波形发生畸变，从而衍生出谐波，严重影响电力系统安全运行，特别是对电力设备危害较大，降低了电能质量。为减少谐波对电力系统的破坏，促使电力系统继电保护装置能够安全稳定运行，研究谐波所带来的负面影响，以便有针对性的采取措施加以解决。

1 谐波的概述

谐波（HW）最早出现与声学领域，从国际电工定义中可以得知，它属于周期性电气量正弦波分量，它的频率是基波的整数倍。对于发生畸变波形的研究以傅里叶变换最有代表性。在傅里叶变换中，对于其周期电流的畸变与电压波形展开以后可以得到以下公式：

其中：IK和VK所代表的是第h次是谐波电流的有效值，而？兹k和 ？渍k代表的是第h次是谐波电流的相位，wo代表是基波角频率，K所表示是的最高次谐波阶数。

2 电力系统中导致谐波出现的原因

谐波并不是存在于所有的电力系统中，而是在电气化铁路、汽车充电站的设备中出现较多。在电力系统用户中，电气化铁路属于一个特殊群体，它的负荷情况与其他不同，存在一定的非线性与不对称性，总体波动较大。当机车处于运行状态时，就会出现明显的非线性，并将大量谐波电流注入到电力系统中，成为电力系统中最大的谐波源，再加上机车经常需要开停，这样一来就会提升有功冲击能力，使电力系统出现电压波动甚至闪变情况。之所以会在电力系统中出现谐波，主要在于可控硅整流设备，该设备在实际运行中整体情况并不理想，尤其是并不为零，这样就降低了平波电抗器的能力，导致输出的电流带有脉动，三相交流系统难以实现对称，这样就使谐波出现。

3 电力系统谐波对继电保护的影响

3.1 对电磁型继电器的影响

在HW的含量在40%以下时，谐波整定值误差通常都在10%以下，但由于继电保护装置通常要按电流或基波电压进行整定。因此，在分静态的作用下就会对谐波产生一定影响[1]。当谐波出现时，将会引发电流继电器保护拒动，一旦继电器处于谐波畸变电压作用，其基波的整定值就会比动作值低很多，这样一来就会出现过电压器拒动情况，导致误动作出现。如果在此时投切空载变压器，也会出现较高的谐波励磁通流，致使继电器发生误动，出现断路器并发生跳闸情况。

3.2 对感应型继电器的影响

当感应型继电器处于磁场环境中，其中的圆筒就会受到感应电流影响，同时感应电流将与设备另一磁场发生作用，导致电磁转矩出现，这时感应型继电器中的圆筒就会转动起来，由于这种继电器可以变动的部分惯性较大，但速度较慢，使得谐波转矩对其影响也很小。据权威人士介绍，那些受到畸变电力影响的谐波对继电器转矩影响较大，继电器的启动灵活性也会随着降低，这主要是由于受到了畸变电流的影响，降低了其转矩能力[2]。同时，由于谐波电流分量不仅有正值转矩，还有负值转矩，这样一来就使继电器很容易出现误动作。与此同时，谐波分量有效值和谐波相位差也会对着一结果产生影响。此外，由于继电器受到谐波影响，还会导致过零点数目增加，致使继电器实际作用时间比规定时间小很多（如图1所示）。随着完整波数量的不断增多，继电器作用点出现错误的机率也会随之增加。因此，在设计阶段应给予足够重视。

图1 在同时间中含有谐波的波形过零点示意图

3.3 对整流型继电器的影响

对于整流型继电器而言，主要有以下特点：在这一过程中基本是将交流领组合在一起实现整流目标，或对其中的一个交流量整流。经过整流的电压信号和动作通常会影响到继电器动作性质[3]。一般以两个电气量为例，在一个电流回路中代用谐波分量，那么它的动作特性就会不再以圆形出现，而是以不规则封闭曲线呈现出来，同时在曲线中带有很多凹凸点。如当输电线路出现短路情况以后，电流中的谐波分量就会逐渐增大，整流型保护装置也会出现拒动情况。之所以会出现这种情况，主要在于电流回路中进入了谐波分量，导致环形整流分量增大，正也会使继电器动作受到很大影响。所以，在继电器设计阶段一定要将谐波纳入影响范畴。

3.4 对静态型继电器的影响

在静态保护中一般都将静态继电器也固态继电器作为主要继电设备，并将无机械运动作为主要电子器构件，能够消除谐波所带来的不良影响，引起具有这样的特性使得静态保护成为人们关注重点。在静态型继电器保护中有两种交流电量，在比较时可以用比相器来完成。如在研究相差保护时，若发生短路情况就会导致直流分量出现，同时高次谐波也会出现，这样一来很容易出现保护误动作。

4 消除电力系统中谐波的最有效办法

首先，监测与分析谐波，构建完善的电网谐波检测系统，特别是要做好高含量谐波系统的继电保护工作，实时了解系统中谐波与潮流分布情况[4]。其次，将滤波器安装在内，如可以将有源电力滤波器安装在内，并以动态形式抑制谐波，补偿无功新型电力电子装置，这一装置安装以后，就能根据谐波情况进行补偿，尤其是能够检测出其中的基波分量，减少电网阻抗，降低谐波对电力系统的危害。最后，使用高功率因数整流设备，并对其进行改造，使其不产生谐波，确保其电流与电压处于相同相位。但这种方法只能应用于设备设计阶段，也只有这样才能使谐波得到更好的抑制。

5 结束语

谐波对电力系统继电保护有很大危害，严重影响电力系统的安全运行，限制电力系统应有作用的发挥，给电力企业和用电用户都或带来很大影响。因此，需要根据实际情况采取措施加以解决。

参考文献

[1]杨蜀.电力系统谐波对继电保护的影响分析及应对措施[J].机电信息，2013，21：24-25.

[2]李大军.浅析电力系统谐波对继电保护产生的影响及防范措施[J].机电信息，2012，33：18-19.

[3]陈震.有关电力系统谐波对继电保护的影响分析[J].中国新技术新产品，2012，24：75-76.

[4]谢鹏.电力系统中谐波对继电保护的影响[J].企业科技与发展，2011，21：54-56.