电力系统谐波对继电保护的影响

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摘要：在电力系统当中，谐波主要指的是电流当中含有频率为基波整数倍的电量。在近几年的发展过程中，随着中国电力行业的发展速度不断加快，各种新型的电器装置以及设备不断出现，非线性负荷在国民经济和人们生产工作中应用越来越广泛，导致电网内部的谐波量不断上涨，对电力系统所产生的影响非常明显。因此本文将主要对电力系统谐波对继电保护的影响进行探讨。

关键词：电力系统;谐波;继电保护;影响

1谐波

1.1谐波的概述

谐波（HW）最早出现于声学领域，后来才被引入到电力领域。它是存在于电力系统中的病毒，谐波的出现严重干扰了电力系统的运行，更会影响到继电保护体系，总之，谐波的出现对电力系统继电保护有很大威胁。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：IK——第h次谐波电流有效值;

θk——第h次谐波电流的相位;

VK——第h次谐波电压有效值;

φk——第h次谐波电压的相位;

ωo——基波角频率;

K——所研究的最高次谐波的阶数

1.2电力系统中导致谐波产生的原因

在理想的电力系统中，电流和电压都是正弦波的。而在实际的电力系统中，由于某些设备和负荷的非线性特性，流过的电流和所产生的电流不成正比，就形成非正弦电流，造成波形的畸变。在供电系统中，产生谐波的根本原因是由于给某些具有非线性阻抗特性的电气设备和负荷供电的结果。当电力系统向非线性设备及负荷供电时，这些设备或负荷在传输、转换、吸收系统发电机所供给的基波能量的同时，又把部分基波能量转换为谐波能量，并把大量的高次谐波向系统倒送，使电力系统的正弦波形畸变，降低了电能质量。

2继电保护作用

电力系统中变压器等发生故障的时候需要自动开启继电保护装置，但是故障将会导致系统设备出现短暂的问题。继电保护能够消除电力系统中谐波，之后再开启闭合，并且保证电力系统继续供电。继电保护装置将会使电力系统更加安全稳定的运行。电力系统安全稳定的运行需要继电保护装置发挥作用。

3电力系统谐波对继电保护的影响

3.1对整流型繼电系统以及距离保护系统产生的影响

由于机波阻抗值的误差值相对较大，同时电力系统内部的谐波电流分量相对较小，如果没有对谐波进行及时的处理，不但会直接造成电力系统继电设备产生误动问题，同时还很有可能会造成误操作问题。通过电力系统工作人员的调查分析，可以看出电力系统的谐波含量较小的情况下，谐波对保护设备的影响相对较小，但是在实际的供电工作中，由于供电线路外部环境因素的影响，电力系统的谐波含量通常情况下会超过标准数值，进而会对机电保护器系统的保护功能产生一定的干扰。当电力系统电流存在大量谐波的情况下，由于三相谐波不对称或者是不相等的问题，外加上机电防护装置附近存在并联电容，对谐波的放大作用会造成供电装置产生更大的谐波问题，整体的供电稳定性受到了一定的影响，严重的情况下会直接造成电力系统的继电防护出现误操作问题。电力系统供电过程中，电网继电保护装置主要由通过电力系统、电压系统和线路主保护系统所构成，供电电流增加的情况下谐波干扰问题表现非常明显，电力系统的谐波会直接造成供电电压产生异常，同时会直接影响到电力系统的保护回路，造成设备出现误操作问题。除此之外，因为电力系统的线路防护系统设备产生故障，内部的工作原件启动受到了电力系统谐波问题的干扰，整个电力系统的逻辑电路和防护电路出现中断，进而影响整个继电保护工作的性能。

3.2对继电器产生的影响

在电力系统的正常供电过程当中，如果继电器的工作性能降低，保护动作出现异常，电力系统的防护装置经常会出现不良的互动问题，甚至无法正常工作。因为不同继电器的工作原理和设计性能存在一定的差异性，因此谐波的影响程度也各有不同。在高压直流系统当中，谐波对电力系统所产生的故障影响相对较大，因此在整个供电系统内部会对机电设备造成更加严重的影响，这是直接造成电气设备无法正常稳定工作运行的主要原因，同时也加大了电力系统内部的损耗，导致输电线路产生了不良的老化问题。由此可见，谐波对电磁型继电器所产生的影响非常明显。对于电磁型继电器来讲，当供电线路内部的谐波含量相对较低时，整体的动作误差相对较小。但是，因为电力系统继电器是依照整体电流和基波电压来确定是否产生动作，因此，基于这一工作状态下谐波对继电器工作的影响相对较大。针对电流继电器谐波的存在，会直接造成继电器的防护系统出现畸动问题，同时因为谐波异常电压的干扰，基波整体的工作数值大于实际动作数值，会出现继电器拒动以及电压继电器出现误动等不良问题。例如，在空载变压器工作过程中内部的谐波含量相对较高，会直接造成供电线路产生的电流分量过大，进而产生非常明显的继电器误动问题，这将直接造成线路断路器跳闸。

3.3对输电线路损耗产生的影响

各种谐波电流在运输过程中不仅会引起谐波压降还会提高输电线路的有效电流，增加其输电功率。用电缆进行输电时，除了上述变化外，在一定情况下还可能使电压波形出现显著改变，造成尖峰等严重问题，大幅度提高电缆绝缘的老化速度，引起局部放电，增加介质损耗，缩短其正常使用周期。

4电力系统中谐波的抑制方法

4.1加装无源滤波器

无源滤波器由L、C、R元件构成谐波共振回路，当LC回路的谐波频率和某一次高次谐波电流频率相同时，即可阻止高次谐波流入电网。无源滤波器特点是投资少、频率高、结构简单、运行可靠及维护方便。无源滤波器缺点是滤波易受系统参数的影响，对某些次谐波有放大的可能、耗费多、体积大。

4.2加装有源滤波器

有源滤波器通过对电流中高次谐波进行检测，根据检测结果输入与高次谐波成分具有相反相位电流，达到实时补偿谐波电流的目的。与无源滤波器相比具有高度可控性和快速响应性。且可消除与系统阻抗发生谐振危险。也可自动跟踪补偿变化的谐波。但存在容量大，价格高等特点。

4.3加装无功功率静止型无功补偿装置

对于大型冲击性负荷，可装设无功功率的静止型无功补偿装置，以获得补偿负荷快速变动的无功需求，改善功率因数，滤除系统谐波，减少向系统注入谐波电流，稳定母线电压，降低三相电压不平衡度，提高供电系统承受谐波能力。

4.4利用相数倍增法抑制谐波

通过相数倍增法可消除部分次谐波，对于电力系统当中已接入的非线性器件而言，通常是有效利用器件的非线性实现抑制谐波的目的，而不能通过减小或者是消除这些非线性来实现对谐波的抑制。

5结束语

随着我国经济的发展，人们对电力的需求量在逐渐增加，并提出了更高的要求。但是在电力系统运行中经常会出现谐波，影响着继电保护的正常运行，也降低了电压正弦波的质量，严重制约了电网的正常运作。因此，在电力系统实际运行中，要认识到电力系统谐波对继电保护的负面影响，在这样的基础上采取有效的对策降低其对继电保护的干扰，保证电力系统继电保护能够正常运行，减少电力系统中的谐波，为电力系统的稳定运行和经济社会的发展提供保障。

参考文献

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[2]张军，陈克松，李生根，韩少华，杨旭生.微电网谐波治理控制策略研究[J].工业仪表与自动化装置，2018（04）：110-113.