电力系统谐波对继电保护的影响

封颖

摘 要：近几年来，我国电力行业得到了蓬勃发展，人们对电力的需求也在与日俱增，使得电力系统的作用越来越重要。而随着电气设备的大力推广，电力系统运行中出现了很多谐波，严重影响着电力系统继电保护的安全运行。因此，必须要了解电力系统谐波对继电保护的影响，这样才能保证电力系统继电保护的安全运行，保证人们的电力需求。

关键词：电力系统谐波；继电保护；影响

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.10.152

在电力系统中谐波有非常严重的危害，是电力系统的一种污染因素。而电子设备的大力推广使得非线性负荷影响着电力系统的正常运行，电力系统谐波问题日益严重。谐波会降低电压正弦波的质量，并影响电网的正常运作。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。

1 电力系统谐波

电力系统谐波是指一个周期电气量的正弦波分量，而基波频率的整数倍就是其频率，一般基波的频率会低于谐波的频率，所以又叫高次谐波。电力系统会受到谐波的影响，使得其电压正弦波质量降低，并影响电网的正常运作[1]。电子设备和电力电子设备的推广应用，增加了变频调速设备、工业电炉和电气机车等非线性负荷，电力系统中的谐波也就越来越多。而高次谐波的产生会增加维修工作量和电网损耗，容易产生干扰使保护和自动装置误动，计量器件也也会产生误差，干扰无线电通讯系统，最终缩短电气设备的寿命。

通常电气化铁路、非线性负荷、风电、光伏发电、汽车充电站等设备中经常会产生谐波，而电气化铁路是一个特殊的电力系统用户，其负荷具有非线性、不对称性和波动性的特点。在机车运行中非线性特征明显，此时电力系统中就会出现大量的谐波电流，并成为最大的谐波源，3-13次的奇次谐波电压中的含有率会出现不同程度的超标，而且电力机车开停频繁，就会增大有功冲击，使得出现电力系统电压波动和闪变。在风电场中产生谐波产生是因为输入的风力发电能量具有不确定性，而且有大量的整流和逆变设备，所以就会出现谐波。通过光伏组件，太阳能就會转化为直流电力，并由直流监测配电汇集到并网型逆变器中，转化成电网同频率同相位的正弦波电流，而这一逆变过程就会增大谐波污染。在充电机装置中，在模拟充电机上运用Matlab进行谐波仿真计算，就会发现实测电流中有3次谐波，这与负荷不对称有关，它会使得中性点偏移，并与中性点对地形成回路，最后就产生了3次谐波电流。电力系统的谐波源主要是可控硅的整流设备，但是其实际运行情况比较差，换流电抗和换相角不等于零，平波电抗器的感抗不会趋近无穷大，所以输出直流就会有脉动，使得三相交流系统不具有对称性，此时就会产生谐波。

2 电力系统谐波对继电保护的影响

2.1 静态机电设备

在电力系统中静态机电设备的运用比较广，因为静态继电器对于降低谐波的影响有一定的作用。静态保护装置包括固态继电器和静态继电器，两个交流电量的相位比较比较是微分比相器和积分比相器的比较，而在电器设备运行中谐波会对比相器的正常运行产生影响。因此，在比较两个电量时，如果其中一个具有谐波分量的条件就会切割方波，但是因为电压达不到预期电压值，电压就难以翻转。而两个交流带电已经转化成方波，在微分电路上形成脉冲，如果此时系统受到谐波的影响，微分脉冲就会增加。在增加交流电的情况下，就容易出现保护装置误动作，使得静态机电设备受到影响[2]。

2.2 整流型机电设备

以整流输入交流电或几个交流量最终整流而成的就是整流型机电设备，而其继电器的动作原理是电流信号和动作判断。如果某个电阻器拥有两个电气量的环形整流比相器，此时电流回路中出现谐波，其动作路径就会改变，出现一个规则的圆弧，而谐波量的增加也使得曲线上的凹凸点更加复杂。因此，在整流型机电设备中出现谐波，电流回路中含有谐波分量电流，就会增加整流比相器输出量的交流分量，并对继电器的工作路径产生影响。

2.3 电磁型机电设备

虽然整定值会受到谐波的影响，但是如果谐波含量在一定的范围内，就不会增加整定值的误差。继电保护装置的基础就是基波电压或者电流整流，其动态作用的变化不会太大。但是如果继电设备中出现了谐波，并发生误动，在电压机电设备中其动作值就会因为高于基波的整值而产生拒动。当然，也有可能是空载变压器的切头中出现谐波，此时在谐波分量的影响下继电器也有可能产生误动，造成断路器跳闸的情形。因为电磁型继电器对定值误差的要求不高，所以如果谐波含量不超过10，其受到谐波的影响就比较小。但是如果谐波含量比较大，而且各次谐波衰减比较慢，出现电磁型继电器误动就会造成严重的系统事故。

2.4 感应型机电设备

在感应型继电保护装置中，其动作速度慢、惯性大，这样就削弱了谐波的影响，使得谐波转矩的作用变小，对感应型机电设备的影响小。但是如果因为磁场作用继电器圆盘或圆筒中产生了电流，而另一个磁场的作用产生了电磁转矩，此时在电磁转矩的影响下圆盘或圆筒就会发生旋转。如果此时输入一定频率，在畸变电流谐波分量的影响下继电设备中的磁盘会出现附加转矩，当转矩与电流谐波分量和基波分量等转矩的和相等时，继电器的灵敏度就会降低。而且谐波分量包括整数和负数，继电保护装置中就可能出现误动或拒动的情形。如果电力系统出现了谐波，三相谐波不相等也不对称，负序滤波器就会加大谐波输出，放大裂相回路对谐波的作用，增加整流出的直流脉动，出现保护误启动。

3 结语

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，要认识到中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，为电力系统安全稳定的运行提供保障。同时也要采取有效的措施保证电力系统继电保护的正常运行，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：

[1]程丽.电力系统谐波对继电保护的影响研究[J].中国新通信，2017，19（01）：97.

[2]郭冰，王维川.电力系统中谐波对继电保护的影响[J].经营管理者，2015（03）：343-344.