电力系统谐波对继电保护的影响

张新 李卫华

摘要：继电保护装置是保护电路安全稳定运行的重要组成部分，而在继电保护装置作业同时产生的谐波是不可避免的，对于影响到系统运作的谐波，工作人员必须进行系统的数据分析，最终选择合理的措施消除谐波，保障电力运作正常。本文对电力系统谐波对继电保护的影响进行了探讨。

关键词：电力系统；谐波；继电保护；影响；对策

谐波对继电保护的影响很大，如何更好地减小谐波对继电保护的干扰，继而维持电力系统的稳定、可靠运行是继电保护工作者的一项值得研究的课题。同时，通过继电保护自动装置，加强对谐波的监测从而减小谐波对电力系统的污染也是力公司的一项迫切任务。

一、电力系统谐波对继电保护的影响

在电力系统中，当继电器效果降低、动作特性畸变时，电力系统保护装置会发生误动，甚至拒动， 由于不同继电器的工作原理和设计性能不同，因而谐波的影响程度也不同。在高压直流系统中，谐波对电力系统的影响较大， 在影响整个系统的同时，还会对继电设备产生严重的影响，导致电气设备无法正常运行，同时加快电力系统的损耗，造成输电线路老化。

1、 谐波对电磁型继电器的影响。对于电磁型继电器，当其谐波含量低于40 % 时，整体动作误差小于10 % ，但是由于电力系统继电器是根据整体电流以及基波电压来确定动作与否的，因此在动态情况下谐波对继电器的影响较大。对于电流继电器，谐波的存在会造成继电器保护系统拒动；对于电压继电器， 由于谐波畸变电压影响，基波整定值大于动作值， 就会造成电压继电器拒动以及欠电压继电器误动。例如，在空载投切变压器时，会产生谐波含量较高的励磁涌流，且谐波中2 次谐波的分量较大， 这会造成继电器误动和电力系统断路器跳闸现象。

2、谐波对整流型继电系统以及距离保护系统的影响。当电力系统发生故障时，由于基波阻抗值及其误差较大， 电力系统的谐波电流分量较大，若滤波处理不及时，不仅会造成电力系统继电设备误动， 同时还会导致误操作。电力系统相关调查显示， 电力系统谐波含量小于5% 时，谐波对保护设备的影响较小。但是， 在实际操作中， 由于各种因素的影响， 电力系统谐波含量通常大于5% ，会显著影响整流型继电保护系统以及距离保护系统。当电力系统的电流中存在谐波时， 由于三相谐波不对称、不相等，若再加上继电保护装置附近有并联电容器， 其对谐波的放大作用会使滤波装置产生较大的谐波， 从而导致电流脉动快速变化，最终造成电力系统继电保护的误操作、误启动。

3、 谐波对微机线路以及负序启动元件的影响。在电力系统中，电网继电保护装置主要由电力系统变压保护和线路主保护组成。在负序电流增量和谐波干扰电力系统的同时，电力系统滤波器会形成对应的畸变电压、电流，影响电力系统的保护回路，造成相关设备误启动、误操作。另外， 由于电力系统微机线路保护系统的相关设备主要由突变量及负序相关元件组成，在启动量受到电力系统谐波影响时， 电力系统逻辑电路、保护回路就会出现误断，从而产生误操作。

二、应对电力系统中谐波的有效对策

1、 谐波抑制方法

对电网中谐波的抑制常采用两种措施：一是实现电力设施自身谐波的产生量；二是增添滤波设施降低电网中的谐波。第一种措施常使用多脉动整流法，这种方法是按照相关的规律将偶数个的变流器进行组合，借由移相变压器对电网的电压实现移相，从而确保不同整流桥对所输入的电压出现一定的相位差，进而得到整流负载电流间的相位差，彼此不同相位差不同的负载电流在电网测相互叠加就会使得所携带的次谐波相互削弱与抵消，进而使得电网侧电流实现正弦化矫正。

第二种措施对谐波的抑制是通过在设备中加设滤波装置实现的。其不仅能够同继电保护装置进行协同合作，更能够有效消除谐波的干扰等危害，目前广泛应用于电力系统中，有很好的实际作用意义。滤波器分为有源滤波器和无源滤波器，在实际应用中，需根据具体情况而选取最合适的滤波装置。其中，有源滤波器也叫主动式滤波器，其作用方式是产生与谐波大小相等、方向相反的电流，从而抵消谐波的作用。有源滤波器作用效果显著，但是成本高昂。此外，无源滤波器也叫被动式滤波器，其作用机制是将电容器与滤波电抗器串联，以在谐波的作用频率下产生低阻抗回路，通过对相同频率的谐波进行吸收，起到降低整个系统谐波危害的作用。无源滤波器采用的是电容器的补偿作用，因此效果不如有源滤波器显著，使用范围比较局限，只对某一频率的谐波有作用，但是价格较易承受。

2、增强继保设施的方法

（1） 提高继电器可靠性

提高继电器的可靠性能有效抵制谐波的危害。提高继电器的可靠性，首先就要保障继电器不受或者少受谐波的影响。装置继电保护时，要充分分析比相判断，进行过零点检测，并选取弱电继电器以及元件安装。同时，还可以通过二次谐波的方式产生能够强化继电器保护作用的饱和变流器，从而提高继电器的可靠性。值得注意的是，有容抗和感抗存在的二次谐波系统容易产生谐振，为了消除由谐振引发的过电压等危害，可使系统中的固有频率与较高含量的频率带保持安全距离。通过以上方法，均可提高继电器的可靠性，减少谐波危害。

（2） 增加功率因数调节装置

在谐波的产生设备的电源上装置功率因数的调节装置，可以从根源上有效减少谐波的产生，从而抑制谐波危害。此方法的有效抵消谐波也提示相关部门，在设备的研发制造时就根据企业特点充分考虑谐波问题，尽量避免谐波的产生，从源头上有效减少谐波对电网的污染，而不是污染后再治理。

（3） 提高諧波分析能力

对谐波的治理，需要依靠精准的谐波分析手段。实际生产中，可利用傅立叶变换得到综合完整的谐波数据，经过数据处理后得出分析结果，指导谐波治理。考虑到电抗器的计算和现场谐波测试比较复杂，且只能应用于固定负载，在实际分析过程中应遵照实际的运行标准，全面分析数据，并及时补偿功率因数，从而减少谐波的影响。

（4）增强计算机保护

在完善继电保护装置的同时，技术人员还应增强对计算机的保护，具体措施如下：①技术人员可通过中间变换器，将系统导入的电压和电流转换成有着较强适应性的数值后进入电力回路，随后借由滤波器对电流中携带的谐波量进行消减，并通过模数转换设备实现模与数的相互转换。最后，还应采取措施对数字的运算处理结果实施保护，把相关数据转换成数字并运算后将结果适时传出。②技术人员在数字运算工作之外，还应充分利用计算机系统中的数字信号处理设施。具体而言就是在利用转换器实现接受的模拟信号向数字信号的转变后，还应运用处理手段对数字形式的信号再次处理，并将最终结果还原为模拟信号，从而实现模拟信号具体的时间量化工作。需注意的是所采用的数字信号应使用二进制的有限位码。

综上所述，谐波对供电网产生了严重的污染，使配电网的电流、电压发生了严重的畸变，这可能造成电力系统继电保护装置动作的灵敏度降低及保护动作的延时，从而造成继电保护装置发生误动作。为了确保继电保护装置的稳定、可靠运行，相关人员要充分重视谐波对继电保护造成的影响，必须深入分析谐波对各种不同性能继电保护装置造成的影响，并采取有效地措施，确保供电网的安全、可靠运行。

参考文献：

[1] 潘肖龙. 电网谐波分析及其治理措施研究[J]. 电子制作. 2013（16）

[2] 何义. 不容忽视的电网谐波[J]. 内蒙古广播与电视技术. 2005（01）