有关谐波对继电保护的影响分析与应对策略

吴诗雄

摘要：随着我国社会经济的日益发展与完善，无论在工业领域还是生活领域，对用电需求大幅度增加，而用电安全问题成为重要的课题。一旦发生大面积停电，不仅对工业正常运行造成影响，也不利于居民日常生活，甚至带来一系列的社会不稳定因素。因此，强化电网运行安全，更好地发挥继电保护作用，至关重要。本文结合继电保护中产生谐波的影响，对有效应对措施进行分析与探讨。

关键词：谐波 继电保护 影响 应对

中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）10（b）-0108-01

近年来，我国电力电子技术、能量变换技术等稳步发展，越来越多的非线性电力装置已经投入使用，而这些电力装置中，大多整流部分沿用传统的可控硅相控整流技术或者二极管不控整流技术，它们将产生大量的无功功率及滤波，可能对电力系统的用电设备造成威胁，甚至引发事故，带来不必要的经济损失。尤其电力系统出现短路或者电气设备处于非正常的运行状态，就会增加谐波的含量。可见，谐波污染问题已成为当前必须重视的问题，对电力系统的继电保护与安全运行产生直接影响，对电力系统安全运行造成威胁，只有采取有针对性地措施加以防范，才能更好地促进电力系统安全、可靠运行。

1 谐波对继电保护的影响

1.1对静态型继电器产生的影响

在静态保护作用下，采用的继电器主要包括固体继电器、静态继电器两种类型。当前，静态保护模式已经在谐波消除和抗干扰方面发挥积极作用，得以广泛应用与认可。结合相位比较原理，经过比较的交流电量可分别通过微分比相器、积分比相器实现。由于存在谐波分量问题，因此比相器的正常运行受到影响；对于积分式比相器来说，各个半波积分比相器的对比、分析分别为负半周极相同时间与正半周极相同时间，如果两个被比较的电量，其中一个的谐波分量比较多，而方波又被切割成若干碎块，就会造成积分电压与所需电压值不相符，进而引发保护拒动问题。

对于微分式比相器来说，可以将交流电量都转变为方波，然后将其中一个方波利用微分电路形成脉冲，与另外一个交流量方波对比，那么就可能由于存在谐波而产生诸多微分脉冲，增加了出现交流量过零点的可能性。如果处于相差保护状态，那么发生短路之后形成直流分量，就可能和高次谐波分量造成叠加，进而增加保护误动可能性。

1.2对整流型继电器产生的影响

对于整流型继电器运行来说，将若干输入交流量进行组合，并实现整流过程；或者实现单一输入交流量的整流，由整流之后的电流信号或者电压信号、动作等作为重要依据，实现继电器的有效动作。一般情况下，每间隔2个n/n就会产生凹点或者凸点，而含有的谐波越多，凹凸情况就越严重；例如，在阻抗继电器中，如果谐波分量存在于电流回路中，那么动作特性体现为不规则的封闭曲线状，并且曲线中存在诸多凹凸不平点。另外，如果输电线路中出现接地短路问题，那么电流中含有诸多的谐波污染问题，整流型保护装置就会出现拒动。出现这一问题，主要由于电流回路中含有谐波分量，环形整流比相器中输出大量的交流分量，就会对继电器的动作造成影响。

1.3对电磁型继电器产生的影响

当谐波的含量在40%以下时，一般整定值的误差不会超过10%以上；但是也要考虑到，继电器主要根据电流或者基波实现整定，因此处于动态作用下，就可能产生较大影响。对于电流继电器来说，如果存在谐波，就可能引发保护拒动问题。在电压继电器中，如果畸变电压含有谐波并且在继电器中应用，那么动作值就会大于基波整定值，进而造成电压继电器的误动问题，如果继电器中出现欠电压问题，又可能出现误动。例如：当处于投切空载变压器的状态下，谐波含量会增加，而励磁涌流的高次谐波分量，则造成继电器误动作，进而引发断路器跳闸问题。

1.4对感应型继电器产生的影响

对于感应型继电器来说，可动部分存在较大的惯性，动作的速度相对较慢，而谐波转矩则对其产生较小的影响，在磁场作用下，继电器中形成感应电流，电流就会与空间中的磁场形成相互作用，最终出现电磁转矩，推动圆筒或者圆盘转动。从实验结果来看，如果输入电流的频率大幅度增加，那么起动继电器的灵敏性受到影响，这主要由于谐波分量存在于畸变电流中，而继电器的磁盘形成了附加转矩。实际上，在谐波分量中形成的转矩，既可以是正值也可以是负值，而继电器既可能发生拒动，也可能发生误动；结合同次频率谐波之间的相位差、谐波分量等实际情况，产生不同的效果。

2 应对谐波的有效策略

如果电力系统中存在大量的谐波，就可能引发继电保护装置的拒动或误动；因此，加强对谐波的治理措施，确保电力系统运行可靠性，具有一定现实意义。有关谐波问题的抑制，需要确保电力系统的各种用电设备谐波处于可控范围之内，如采取无功补偿器、有源滤波器或者用电设备的整流作用等，都可以有效抑制谐波问题。因此，加强对谐波的控制，减少对继电保护装置的影响，可考虑以下方法。

（1）在继电保护装置中，不使用可能受到谐波影响的元器件或动作原理，如比相判断、弱点继电器等。

（2）在电力二次系统中，谐波感抗与容抗之间可能形成谐振，那么系统中的固有频率应该与带有谐波的频带率保持距离。

（3）在继电保护系统中，增设软件滤波器与硬件滤波器，尤其加强对采样二次侧信号的处理，避免谐波干扰问题。

由上可见，随着电力电子技术的广泛应用，给配电系统中带来了复杂的谐波污染问题，尤其威胁继电保护系统的可靠性运行。因此，在现有技术的基础上，加强继电保护动作性能的优化，提高谐波区分的能力水平，争取将谐波对继电保护的影响降到最低。

参考文献

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