电力系统谐波对继电保护的影响

茹予波

摘 要：在电力系统的运行过程中，稳定性是它的必须要求，由于电力系统的结构比较复杂，需要在满足用户的基础功能上，实现对电能生产以及运行过程中的保护和控制，并且减少功率在这个过程中的损耗，但是在电力系统中，由于各种配件的作用，导致其中存在不少潜在的安全隐患，谐波的产生以及所构成的不同结构形式就是对电力系统产生危害的一部分，需要有关人员进行具体的研究。本篇文章通过对谐波构成的原因及危害进行阐述，分析继电保护在电力系统中的作用，从而探讨电力系统谐波对继电保护造成的影响，并且就如何抑制谐波进行明确的说明。

关键词：电力系统;谐波;继电保护;周期性

电力系统是指由发电厂、输电线路以及用电客户端等环节构成的一种电能循环系统，它是通过电能生产以及传输等形式，从而有效的将不同的电力分配给相关的用户，这是一个非常复杂的过程，其中涉及到了多个线路和系统结构，为了提高电力系统在运行中的安全性，有关部门通过不同的措施和方法，加强对电力系统和信息数据的控制值，并且安装相应的电力保护装置，并且在自动化技术的应用下实现监控自动化、调度自动化的目的，总而言之，电力系统就是在先进的技术装备以及高经济效益的基础上，实现的一种协调工作。但是在电力系统的运行过程中，还是会或多或少的出现不同的安全和质量隐患，造成对电力结构的影响，谐波就是其中的主要危害因素，需要对它进行全面的分析，找到有效的抑制方法。

1 电力系统中谐波的产生原因和危害

1.1 谐波产生的原因

谐波是指一种周期性的一种频率变量，它是对电力系统中电流的一种改变，而且谐波中还可以分为分数谐波、间谐波以及次谐波等不同的类型。对于谐波产生的原因，它主要是由电源、输配电设备以及电力系统中的非线性负载构成的。首先，对于电源端产生的谐波来说，它是由于在发电过程中，三相绕组在制作上有着一定的质量问题，很难达到各个参数上的平衡，在不同的影响因素下，会造成一定谐波的产生，但是电源端所产生的谐波是非常少的，一般不会有太大的影响。其次，对于输配电过程产生的谐波来说，很多时候都是由于电力变压器导致的，这是由于变压器在设计过程中，可能会考虑到经济性等方面，忽略掉铁心磁化曲线的影响，使其处于非线性的状态，产生一定的谐波，在这种背景下，谐波电流通常来说所占额度较高，对于电力系统的影响也是非常大的。另外一方面来说，谐波产生的原因还包括电力设备的作用。包括一些变频设备和用户端的使用设备，在充电装置以及控制等方面，会造成不同程度的变化功率，从而增大谐波产生的概率。

1.2 谐波的危害

从谐波的运行来说，它的危害性是非常强的，对于电力系统中的各个设备都可能造成不良的影响。首先，对于发电过程中的发电机和电动机来说，由于谐波的产生，可能会引发机械共振，致使发电机在运行过程中存在一定的振荡力矩，并且严重影响电力设备的使用寿命。其次，谐波电压在电力运行中会造成大幅度的正弦波变化，增加电能的消耗，加速绝缘老化，危害不同设备的负载以及电力系统的安全运行。除此之外，电网谐波还会对计量装置造成不同的影响，使它的系数达不到正常要求，造成电网中的短路情况，严重的还会引发爆炸现象。同时，谐波在电力系统中对于继电器等保护装置也有着一定的影响。

2 电力系统中继电保护的作用

2.1 继电保护的概念

对于继电保护来说，它是对电力系统中所发生的故障以及异常情况等现象进行检测的过程，并且出一定的预警信号，将故障与电力系统进行有效的分离。在电力系统的运行过程中，继电保护装置是其中必不可少的元件，当电力系统发生一定的故障后，可能会在短时间内造成电流增大、电压降低的情况，并且电流与电压之间的相位角也会产生一定的改变，测量阻抗显著减小，而继电保护就是通过对電力故障时各个电气量之间的有效变化，从而构成不同的保护结构，达到快速保护的目的。

2.2 继电保护在电力系统中的作用

对于继电保护来说，它可以在故障发生的短时间内，立即将故障元件进行有效的切除，并且减轻这个过程中对故障元件造成的损耗，保证电力系统中的其他设施可以保证正常运行，继电保护具有一定的自动性和快速性，它可以在第一时间内做出有效的反应，并且是对电器元件的一种监控，可以在多个方向上保证它的运行状态，并且避免由于外界干扰对电力系统造成的影响。另一方面来说，电力系统中的继电保护装置可以与其他装置进行有效的配合，并且在条件允许的情况下，提高电力系统运行的可靠性，当电网发生严重性破坏时，将保护设备快速脱离电网，发出警报信号，降低财产的浪费，实现电力系统的自动化和远程化发展，促进工业生产自动控制的变化。

3 电力系统谐波对继电保护的影响

3.1 对机电型继电保护的影响

机电型继电保护装置是对电力系统中的测量部分、逻辑部分以及执行部分进行保护的过程，它是由若干个不同的机电型继电器组成，可以有效的反映出实时电压和电流的运行状态，通常情况下，如果电力系统内部发生一定的故障，机电型机电保护装置就会快速的对故障位置进行定位，减少带来的安全隐患，对于机电型继电器来说，它是由于电磁感应或者电磁力的作用下，产生不同程度的机械动作，并且在继电器中加入了不同的物理量，从而使其满足一定的目的。在电力系统的运行这种，谐波会对机电型继电保护装置造成一定的影响，这主要是由于这个类型的装置是经过电磁、电力以及机械等方面的多次转换而成，而谐波的产生可能会对电力造成一定的影响，从而导致保护装置的准确度降低，速度变慢等现象，还会引发假性故障的产生，对机电型继电保护装置的工作原理造成一定的破坏。

3.2 对微机继电保护的影响

微机继电保护是当前电力系统中比较新型的一种保护装置，它是在微型计算机以及微处理器的应用下，从而构成的保护结构，在计算机的快速发展下，微机继电保护装置的可靠性也有着一定的提高。但是对于微机继电保护装置来说，谐波的大小不同也会对其造成不同的影响，它是对输入信号的一种模拟量变化，但是在电力系统的运行中，还会存在不同程度的干扰谐波，如果在电流互感器的输入过程中，没有考虑到这方面的影响，高次谐波采样频率有效的转化为相应的电信号，就会对转换器中的数字量和模拟量的转换产生一定的破坏，而且后续处理工作可能不会对程序进行有效的录用。另一方面来说，在微机继电保护装置中，它的离散和量化的采样过程也有着不同的算法，在假定信号输入的过程中，可能会存在一定的误差，并且与其他设备不能形成有效的感应。

3.3 对整流型继电保护装置的影响

在电力系统中，电力网供电的理想波形是正弦波，而且由于继电保护装置中的单向导电作用，在系统参数、三相荷载以及接线方式等共同作用下，造成谐波的产生，对于继电保护工作产生不同程度的影响。高次谐波是其中最主要的影响元素，当谐波电压处于比较高的状态时，继电保护装置可能会存在操作失灵或者误动等情况，增加供电系统中电压自动调节系统的误差。而负序系统中的高次谐波电流也會对负序电流产生不同的影响，引发误动现象，甚至会破坏继电保护中的远程联动装置，导致工作无法再继续进行下去。

4 电力系统中抑制谐波的具体措施

4.1 加入滤波器的应用

在电力系统中，有效抑制谐波产生和蔓延的主要方法就是在其中加入相应的滤波器。滤波器是由电容、电感以及电阻组成的滤波电路，它可以对电源线中的特定频率以及线路进行有效的整合，从而对特殊波频信号进行消除工作。从现阶段来说，数字滤波器是比较有效的一种滤波装置，它与模拟滤波器相对应，将电力系统中的运行线路当成一个变量，并且对外界的输入信号进行有效的处理，将输入信号的波形采取有效的倒置工作，从而实现频谱修改的目的。

4.2 无源谐波的治理

无源谐波的治理过程主要是将电抗器与电容器串联到一起，并且形成一定的回路，在这个回路上，它的谐振频率需要设定到不同的振动点上，从而达到滤除多次谐波的目的，在电力系统的运行过程中，这种工作的方法造价成本是非常低的，而且操作简单，市场需求非常大，许多高次谐波采用的都是这种治理方式，但是在无源谐波的治理过程中，它的滤波效果并不是很突出，不能得到有效的消除，还会存在与系统谐振的可能，需要有关人员从综合方面进行考虑和选择。

4.3 有源谐波的治理

有源谐波滤除装置是在无源滤波的基础上，对治理方式的有效改进，它的滤波效果相对来说比较完善，在额定功率的范围内，由电力电子元件构成一个共同的回路，并且在这种情况下，产生一个系统的共同频率，它的应用范围比较广，包括计算机控制系统以及供电系统等多个领域上，尤其是对于一些大型电力系统中产生的谐波来说，它的消除效果是非常好的，不会受到电子元件的影响，但是由于成本较高，对于一些用户来说，并不是特别受欢迎和重视。

5 结语

综上所述，对于电力系统来说，谐波的产生有着一定的危害，对机电型继电保护装置、微机继电保护等方面都有着一定的影响，有关人员需要从有源谐波治理、无源谐波治理等方面进行设计，从而减少谐波对电力系统的破坏，延长它们的使用寿命。

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