电力系统谐波对继电保护的影响分析

徐兴荣 李唯嘉 应震明

摘 要：电力系统中谐波的存在，不仅降低了电力系统中的正弦波电压质量，干扰电网的正常运行，而且给继电保护的平稳工作带来了很大的麻烦。本文将围绕当前电力系统谐波对继电保护产生的影响进行分析讨论，从而提出相关应对方法与解决措施。

关键词：电力系统;谐波;继电保护

当前对电力系统电能质量影响最大的即是谐波，谐波是指以电流频率作为基波的整数倍电量，能够对周期性的正弦电能进行级数分解，得到频率与工频一致的分量，进而加重电气设备的动能损耗，影响发电功率。相关人员必须切实认识到谐波的危害性，从而制定科学、有效的管理对策。

1.电力系统谐波对继电保护的影响

1.1感应型设备

谐波对感应型继电保护装置的影响较小，由于该设备的运行速度较慢、惯性势能较高，能够有效削弱电力系统对设备造成的转矩变化。但其本身也会因谐波振荡，使继电器圆盘产生不可逆的交互电流，进而发生圆盘偏转现象。一旦技术人员没有及时修正此类问题，会使设备在进行频率输入时，出现大量的动能消耗，导致圆盘出现附加弯矩，当谐波分量与基波分量相同时，便会使继电器的灵敏度大幅下滑，影响设备检测的准确性，而随着感应型设备的长时间使用，器件老化的速率也在不断加快，甚至可能造成设备报销。

1.2微机型设备

微机继电保护装置是利用微型处理系统进行电能保护的设备，能够对输入的信号进行动态模拟，将经过变换器产生的数字量进行排列重组，便于后期处理程序使用。谐波对其产生的影响主要体现在频率轉换方面，高频次的谐波能够影响微机型设备的计算方式，进而导致设备在运行时产生误差，使其无法与其他设备产生有效的感应。

1.3整流型设备

整流型设备的继电保护装置是对电流信号和动作进行判断，确保电阻器内的电气量能够保持环形流动，保持回路的高效运作。如果谐波出现在电流回路中，会使原本的运行路径发生改变，造成基本阻抗值的落点产生差异，进而影响设备凹凸点的分布。除此之外，谐波还会消除整流型设备内的单向导电作用，由于其本身与继电保护装置的弦波形式完全相反，在其接入输入端时，会产生频率的相互抵消，从而导致电压上升时，继电设备无法有效进行电能调节，以此产生系统异常、参数紊乱等问题。

1.4电磁型设备

电磁型继电保护装置能够承受10以下的谐波含量，并将内部产生的波动异常逐渐衰减，降低测定时产生的误差值。但当谐波含量超过40时，则会对设备的稳定性造成破坏，使其动态作用无法有效发挥，并引发电力系统产生误动，影响空载变压器的正常使用。除此之外，谐波能够增大电气设备的有功冲击，造成电力系统电压的闪变，一旦设备进行大功率的电流传送，会使内部的直流电无法匹配实际所需的电压，产生中性点位移的现象，进而影响交流系统的对称性。

1.5静态型设备

静态型设备是电力系统中使用较为广泛的继电保护装置，因其本身具有降低谐波的特性，所以也经常用于和其他设备进行联动工作。但与电磁型设备一样，也会受高频次谐波的影响，产生电压值不稳定的情况。通常其继电装置在受到谐波入侵时，会使内部电压难以反转，系统内的微分脉冲不断增加，将原本的交流电转化为成方波，导致继电装置错误运行，保护动作失去明确目标，从而引发一些列的电路故障[1]。

1.6自动装置

随着智能化技术的普及，生产行业的自动化装置也越来越依赖电力系统，一旦谐波流入相关设备的输入端，会使自动装置受联动效应的影响，“牵一发而动全身”，造成大规模的电路故障，甚至损坏保护系统，危及电能供输的安全性。并且当前自动装置的启动量为电网负序电流，而谐波为非正弦交流量，二者在相互接触时无法统一流动路径，进而产生排斥效应，使原来的直流保护电，无法有效流向供电系统中，严重影响设备的正常工作状态，也同样加剧了后期工作人员的维护难度。比如：原本的维修方案即是向控制回路中输入异向等量的工作电压，将谐波波长进行拉伸，从而降低内部电能的改变频率，减少高负荷振动对继电装置的影响与破坏，但当电流受谐波影响无法正向传递时，会使维护时输入的电压无法准确替换故障电路的电压，甚至起到影响设备启停的负面影响。

2.消除电力系统谐波的相关措施

2.1接入滤波器

滤波器是由电容、电阻以及电感组成的滤波电路，能够对电力系统中的特定频率点进行精准消除，产生一个全新的电源信号。其种类按照信号频段可分为以下五种：一，低通滤波器，允许信号中的低频电量或直流分量直接通过，而高频分量则会被抑制、过滤;二，高通滤波器，允许信号中的高频分量通过，但低频直流电则会被有效抑制;三，带通滤波器，该设备能够根据实际要求，设定信号的频率大小，从而进行特殊频段的信号限制;四，带阻滤波器，作用与带通滤波器类似，能够根据实际需求，允许特殊频段的通行，限制该频段以外的信号通过;五，全通滤波器，即是对全频段的信号进行幅值增益，将其进行移相处理，确保位移值与频率成正比，从而对信号的控制起到延迟作用。相关技术人员要针对电力系统中产生的谐波含量选择适合的滤波器，以此达到高效消除谐波的目的[2]。

2.2限制电压

首先要在零序回路中增加阻尼，使谐波的控制与扩散得到有效控制，并降低相应设备中的谐波含量，从而使低功率的逆向电流不会对系统运行产生影响。其次，要增强电力系统的容抗与电流互感器的感抗，这样能够将谐波的震荡参数降到最低值，使电压能够根据系统设定进行合理调节，确保电流不会由于线路阻抗的提升，造成不必要的能源浪费。最后，可以在互感器高压中性点使用高功率的电容，使其发挥牵引作用，将谐波产生的额定电流以弧线圈的形式与地面相接，从而消除其对继电保护装置产生的影响。

2.2改进电力系统

电力系统是谐波产生的源头，通过优化相关运行程序，改变动能参数，能够有效防止谐波的形成。技术人员可以从两个方向进行系统的改进，一方面，将电抗器与电容器进行串联，形成有效的回路，帮助谐振频率能够均匀分布在不同的震动点上，以此降低谐波的频率，另一方面，技术人员也可以在相应继电装置上安装定子管理系统，使其能够利用多种谐波差进行电流接地处理，从而有效保护电流运行路径。同时，相关技术人员要对谐波的波形变化进行实时校对，确保其正负特性不会对变压器的电压频次产生影响。此类方式操作简单，成本低廉，是当前生产企业普遍使用的应对方法。

3.结语

综上所述，通过分析当前电力系统谐波对感应型、微机型、整流型、电磁型、静态型、自动装置等设备的继电保护影响，提出接入滤波器、限制电压、改进电力系统、调整继电设备等消除谐波影响的应对措施，从而确保电力系统的稳定运行，维护电力企业的经济利益，满足人们的用电需求。

参考文献：

[1]姜国荣，袁东方，魏海峰.“雪龙2”号极地考察船电力系统谐波计算分析[J].计算机与数字工程，2021，49（04）：736-739.

[2]陈雨.城市轨道交通供电系统电力谐波的分析与治理[J].电工技术，2021（04）：124-125.

[3] 王国涛.浅析电力系统谐波危害及治理措施[J].计量与测试技术，2019（9）：73-74.