电力系统谐波对继电保护的影响

袁有香

摘要：随着中国社会、经济的快速发展，居民、企业对电力的需求越来越大，安全用电越来越重要，大规模停电会影响社会稳定，影响人民正常生活，造成巨大的经济损失。因此，继电器保护技术必须受到重视，因为它是确保电网稳定、安全运行的重要组成部分。本文分析了电力系统谐波对继电保护的影响，而且提出了消除举措，希望可以给电网保护提供参考。

关键词：电力;谐波;继电保护;影响

一、引言

随着新的电气设备的不断出现与电气系统的持续发展，生活、生产中越来越多的非线性负载连接到了电网上。 这些都会在电网中引起大量谐波，而这些谐波会损害经济效益，降低电能质量，严重危害电网系统与设备。 电力系统的谐波问题，在高压直流电力传输的应用中尤为突出。系统波形的高次谐波分量，在家电异常动作、电力系统短路时将进一步增加。 高次谐波会引起导线的绝缘恶化，加速电力设备的损耗，最终导致设备损坏、绝缘破坏。自动化装置与继电保护也可能由于这种干扰导致失效或拒绝工作，电力系统的安全稳定运行无法得到保护。因此，了解自动化装置与继电保护中谐波的影响，将谐波的影响降到最小是非常重要的。

二、谐波的概述

（一）电力系统中的谐波

“谐波”一词来源于声学。谐波在国际专业基准的定义中，其频率是基波的整数倍，是周期性电能的正弦波分量。近年来，有学者称基波的非整数频率成分为中间谐波或分数谐波。虽然将频率低于频率中间谐波定义为二次谐波，但本文不分析其他谐波，主要研究基波的积分倍数谐波。非线性负载在电力系统中是硬件故障的根本原因，而在当前电力系统中，由于办公室电子设备、电力机车、电弧设备、可控硅整流装置等的大量的非线性负载连接，这些设备连接电网时，系统的电流、电压会产生高级谐波，谐波的出现影响了部分用户的正常生产，威胁到电力系统的稳定安全运行，严重恶化了电力质量。因此，电力的谐波“污染”在国际上被认为是电力系统的公害。

（二）继电保护的重要作用

电力系统内的继电保护装置，在输电线路、变压器、发电机等设备出现故障时会自动启动。设备如果短暂出现故障问题，重新连接后，电力也会继续供应，保持电网的稳定、安全运行。设备问题假如持续下去的话，采取一定的措施，清除故障后，电力仍然可以继续供应，保持电网的稳定、安全。

三、谐波对继电保护的影响

（一）谐波对电磁型继电器的影响

如果谐波含量小于40%，则设置误差为10%或更小。但在非静态条件下，基波电流或基波电压必须由继电保护装置进行调节，因此会产生一定的影响。如果存在电流继电器保护，则硬件拒绝工作。当接在谐波上的应变电压作用在继电器上时，电压继电器动作值的调整值总是远远高于基波的调整值，因此过电压继电器可能拒绝动作，无电压继电器可能发生故障。特别是，接通空载变压器时，会产生高谐波的冲击电流，高次谐波成分主要有两个谐波，断路器很快被切断，会引起继电器的误动作。

（二）谐波对感应型继电器的影响

感应继电器和磁场的磁盘产生感应电流，其他磁场与感应电流相互作用产生磁扭矩，使磁盘旋转。继电器的作用部分较慢，具有较强的惯性，谐波对扭矩几乎没有影响。根据专家的计算，继电器的开始灵敏度受流经继电器面板的失真电流的谐波分量的附加扭矩的影响，随着输入电流频率从50Hz增加到250Hz，逐渐变化，特别是由第五和第三路径的谐波电流产生的扭矩、由各谐波成分产生的扭矩和失真电流对继电器面板的扭矩起作用，因此成为电流的基本成分之和。由于谐波电流成分产生的扭矩可能为负或正，因此继电器可能拒绝或故障。结果的决定取决于同一频率下硬件要素的有效值与硬件的相位差。

（三）谐波对整流型继电器的影响

整流器继电器的主要特征是多输入或全输入电流的组合。继电器的作用特性取决于整流电流信号及其作用准则。基本上，谐波的内容越高，影响越大。以由双环整流电路构成的定向阻抗继电器为例，当电路中的电流包括谐波分量时，操作特性不是不规则的多波段，而是闭环曲线。在某些情况下，可能会因电力线接地短路等大电流硬件组件而整流器保护装置拒绝动作。主要原因是，如果电路中电流含有谐波成分，则继电器动作特性会因为从环状整流器的相位比较器输出的交流成分增加，而造成不稳定。因此，继电器在设计时，需要考虑硬件的影响。

四、电力系统中谐波的消除方法

（一）限制谐波振荡过电压产生

这个问题可以从两个方面解决。一是为了避免与谐波振动参数匹配，将功率网格的电容性电抗改为接地或变压器的感应。另一方面，零相电路的衰减变大，抑制谐波振动波的过电压和谐波振动的发生和产生。有六种设计方法。第一，要提高电网的接地能力。第二种是将电阻器连接到一个开放的三角绕组盘口。第三，选择性能优良的电容性变压器或电磁变压器。第四中性点高电压侧的大容量接地。第五是电力网的中性点经由脱弧環接地。第六是变压器的中性点消弧圈接地。虽然以上设计各有特点，但是考虑到便利性、可靠性、经济性及应用效果，消磁装置或者在变压器开口处的三角形绕口处连接电阻具有无可比拟的优点。

（二）互感器开口三角绕组端设置消谐装置

连接到仪表用变压器的三端双向可控硅开关元件通过断续触发瞬间启动，仪表用变压器开口的三角绕组端瞬间短路，利用系统的零阶电阻与零阶电压放出谐波的振动能量，增加谐振电路的衰减。实际上，去除谐波的效果会随着外部衰减电阻的减小而增高，电阻为零时最有效。三端双向可控硅开关元件瞬间短路时，外部电阻为零，继电器或其他自动检测装置的动作不会受到影响。当前系统中的多频硬件的振动问题该装置可以解决。可以立即检测识别硬件振动的频率，继电器或其他设备的正常动作不受影响。这种装置与电网的一次设备无关，也适用于无人的综合自动变电站，具有安全可靠，安装简单的优点。

结语

对于配电系统尤其是继电器保护，随着配电系统中电力电子设备越来越多的应用，可能发生谐波放大与谐波谐振现象，产生了不利影响。另外，系统阻抗结构的变更和增加的电子设备等，都可以变更电流和电压的等效阻抗。因此，未来继电保护开发的必然趋势是，继电器保护本身有正确区分异常、故障和正常操作状态的能力，其操作性能可以从外部干扰中解放出来。

参考文献

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[2]罗毅，涂光瑜.配电系统电压跌落问题的研究【J】继电器，2018，31（10）：56～62