变电站电子设备谐波产生原因及对电流保护的影响

王中明+王丽丽+于海礁+于志勇+任东博+杜金财+周维宇

摘 要：当今社会，科技不断发展，人们的生活水平也不断提高，因此，供电和配电系统的电能质量也越来越受人们关注，所以，必须提高供、配电系统电能质量，由于电子电力设备具有反应快速的动作特性，而且这种特性可以提高系统运行的可靠性，所以，大量的电力电子设备不断在供、配电系统中得到使用。然而，凡事有利有弊，虽然这些电力电子设备带来了高质量的供电和配电，但是他们也造成了各种危害，比如说造成了系统的运行隐患，更甚者，继电保护的可靠动作也受到了很大程度的危害。

关键词：电力电子设备；配电系统；电流保护；故障；谐波

引言

配电系统相当于一种枢纽，在发电系统、输电系统和用电负荷之间起联络作用，因此，不能轻易改变配电系统，万一配电系统被改变，那么，整个配电系统的正常运行都会受到影响，所以，即使要改变配电系统，它也必须以配电系统的正常运行为前提。在这些装置的构成方面，电力电子器件是主要元素，它可以控制单元和整流逆变单元，同时它的动作特性反应快速，为整个系统的可靠性提供了一定的保障。但是，这些电力电子设备仍然存在问题，仍然需要不断改进和提高。

1.电力电子设备的应用及谐波的产生

电能质量的优劣关乎电力系统的状态理想与否，人们对电能质量的衡量主要有两种方式，一种是用规定的电压水平衡量，另一种是使用频率的指标来评价电能质量。非线性负荷的电力电子设备会对实际的电力系统产生很大的影响，有时电压电流波形的畸变就是由其造成的，当发生这种现象时，系统中的各种电力设备就无法正常运行，用户和通讯线路的信号传输也会遭到破坏，这也就意味着整個电路遭到很大破坏。

1.1晶闸管整流设备

晶闸管整流应用在社会各方面都得到了广泛的应用，比如无功补偿装置、动态电压恢复器及电力机车等方面，由于应用过于广泛，所以它就给电网造成了大量的谐波。晶闸管整流装置之所以会造成大量的谐波，就是因为它常采用移相控制，缺角的正弦波从电网中吸收，另一部分就会留下，而大量的谐波就存在于留下的缺角正弦波中。

1.2变频装置、电弧炉、电石炉

变频装置之所以有很复杂的谐波成分，是因为它采用了相位控制，它的复杂性体现在它不仅有整数次谐波，而且还含有分数次谐波，同时，它对电网造成的谐波随着变频调速的发展逐渐增多。直流电弧炉采用的是整流器馈电，它最突出的特点就是经济高效，所以，它在工矿企业中使用频繁，而且钢铁冶炼企业对其更是重视，鉴于以上诸多原因，它被列入电力电子设备的行列。

2.电力电子设备引起的谐波的影响

2.1 电力电子设备引起的谐波对配电系统的影响

一般情况下，并联电容器连在负载母线上有诸多好处，其中之一就是可以将负荷的无功功率补偿出来，以此提高系统的功率因数。此外，对于系统谐波的滤除主要是由专门的滤波器实现的，这种滤波器主要由电容器和电抗器组成。他们之所以可以滤波，是因为在工频频率下，系统的感抗小于这些电容器的容抗，几乎没有谐振产生。不过，在谐波频率方面，如果系统感抗大幅度增加，但是容抗大幅度减小的话，谐振也是会出现的。

2.1.1在电力系统中，高次谐波的传递会造成很大的破坏，它会损耗很多能量，各种电网原件也会产生谐波损耗，比如铜损问题的出现，另外，设备在运行过程中会发热甚至过热，机器噪音会扰民，这些负面影响出现后整个工作的效率也会降低。同时，机械还会出现损伤和热耗问题，这种问题的出现主要是由旋转设备产生反方向转矩而造成的，高次谐波的负序分量是导致这种后果最大的可能性。

2.1.2谐波还会有事故威胁，如果谐波引起并联谐振和串联谐振，那么谐波就会被无限制的放大，谐波放大之后，就会很容易发生危险事故。

2.1.3电力系统中的各种自动装置、继电保护装置以及电子仪表的设计运行频率为基波频率，这也是谐波为什么会损害这些装置的原因，同时，如果这些设备在基波频率下的电压或电流的动作为整定值，那么，一旦系统有谐波存在，谐波就会导致种种装置产生错误指令，甚至出现失灵现象。

2.2 电力电子设备引起的谐波对继电保护的影响

为了保证系统的安全和人身安全，加装继电保护是很有必要的，不光电力系统需要，配电系统也是如此。因此，继电保护必须很有效力，它要对电力系统的各种现象进行区分并解决，对于异常现象要及时反馈，分析出发生故障的元件和部分，尽最大可能寻找可测参量的“差异”，将这些可测参量的“差异”提取出来，然后并利用提取结果实现对非正常运行状态的快速“区分”。不同的配电系统具有不同的继电保护设备，因为要根据各种各样的系统具体问题具体分析，不同的类型、不同的安装地点，当然就会有不同程度的谐波影响，其中可能引起继电保护误动、拒动的情况也有诸多方面。

3.有谐波电流下电流保护的实现

3.1电流保护的配合及基本应用

反应与电流升高而动作的保护有电流速断保护、限时电流断速和定时限过电流保护。按照不同的原则来选择启动电流是它们之间最主要的区别。速断、限时速断、过电流保护分别按照躲开本线路末端的最大短路电流、躲开下级各相邻元件电流速断保护的最大动作范围、躲开本元件最大负荷电流来整定的。

3.2区分故障电流和谐波电流的基本思路

一般，各种类型的电流保护都属于量度式继电保护装置，基于对各电气量在系统正常运行和故障运行的两种不同运行状态下存在的差别进行分析完成其整定值的设置，这种方法没有考虑不正常运行状态的运行特性，因此经常配合使用频率测试仪以区分故障电流和不正常运行状态时的电流。

4.结论

谐波，是任何一种电网都会产生的，但只有当谐波的含量达到了某一程度，尤其是当在谐波频率下发生了谐振时，将流入系统中的谐波电流放大几倍甚至十几倍，才会影响电网中各种设备的正常运行。谐波谐振、谐波放大的现象随着越来越多的电力电子设备应用于配电系统中而产生，其给配电系统带来许多不良的影响，尤其是对继电保护的影响；另外，在配电系统中的任何一种“改变”，都会在一定程度上改变系统的阻抗结构，从而引起电压、电流及等效阻抗的变化。因此相关技术领域人员需要投入更多的关注。

参考文献

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