分析电力系统谐波对继电保护的影响

韩云龙　黑俊

【摘  要】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，给电力企业和用电用户都带来了很大的影响。因此，必须要运用多种措施来降低电力系统谐波带来的负面影响，把握电力系统谐波对继电保护的影响和重要意义。

【关键词】电力系统;谐波;继电保护;影响

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：

式中：I_K——第h次谐波电流有效值;θ_k——第h次谐波电流的相位;V_K——第h次谐波电压有效值;φ_k——第h次谐波电压的相位;w_o——基波角频率;K——所研究的最高次谐波的阶数

2电力系统谐波对继电保护的影响

2.1谐波对电磁继电保护器的影响

电力系统正常运行谐波修正的误差应控制在10%以内。继电保护的装置根据谐波大小自动调节系统的电流或电压，并控制和消除在静态状态下产生的谐波。同时，谐波的反作用过大也将导致继电保护装置产生保护动作。要消除谐波对继电保护电压的影响，就要合理的标定继电保护器的基准电压，减小因系统故障引起的电压波动造成的谐波。

2.2谐波对感应继电保护器的影响

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。根据电力专家的测算，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谐波对整流继电保护器的影响

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。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个凹凸不平的点。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。

2.4谐波对静态继电保护器的影响

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處罚，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。

3电力系统谐波的应对策略

3.1提高继电器可靠性

首先要保障继电器不受或者少受谐波的影响。装配继电保护时，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。

3.2提高谐波分析能力

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。

3.3增加功率因数调节装置

在产生谐波的设备的电源上装置功率因数的调节装置，可从根源上有效减少谐波的产生，从而抑制谐波危害。该有效抵消谐波的方法也提示相关部门，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。

3.4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：第一，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削减，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。第二，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。

4结语

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。因此，电力企业需要加强对电力系统谐波的处理工作。

参考文献：

[1]封颖.电力系统谐波对继电保护的影响[J].山东工业技术.2018

[2]白汗.探究电力系统谐波对继电保护的影响[J].电子测试.2018

（作者单位：中电神头发电有限责任公司）