谐波对继电保护的影响与应对策略

谐波对继电保护的影响与应对策略
摘要：伴随着科技技术的日新月异，一些新型设备在电力行业中得到广泛应用，致使电网之中的谐波不断增加，增加了其对电网的影响。

继电保护设备在电网中
的应用，能够及时的对故障现象予以处置，确保电力系统的安全可靠。

因此文章
就谐波对继电保护的影响与应对策略展开分析。

关键词：谐波；继电保护；影响；应对策略
当下，我国电力行业发展一日千里，电力系统中不断有新型的电气设备被加
以采纳，尤其是使用非线性负荷的电气装置，但是大量电气设备在电力系统中运
行时会产生较多的谐波，对电力系统造成直接的影响，导致降低其供电的质量。

一、电力系统谐波
电力系统谐波就是在一个周期电气量中的正弦波分量，而谐波频率就是基波
频率的整数倍。

电力系统在谐波的影响下，会降低电压正弦波的质量，直接影响
电网设备的质量和电网的安全运行。

随着电子设备以及电力电子设备的推广应用，这样直接的增加了变频调速设备的非线性负荷问题，进而增加了电力系统的谐波
问题。

而一些高次谐波的出现就会增加了维修工作的数量以及电网的损耗问题，
从而会导致自出现干扰使保护以及自动装置误动等问题，导致计量器件出现误差，给无线电通信系统带来一定的干扰，进而影响电气设备的使用寿命。

在一般状况
之下，电气化铁路、非线性负荷、风电、光伏发电以及汽车充电站设备中都会出
现谐波等问题，而电气化铁路则是较为特殊的电力系统用户，其负荷有着非线性
以及不对称性、波动性的特征。

在机车运行中非线性的特征较为显著，而电力系
统中就会出现大量的谐波电流，这也是较为主要的谐波来源。

在风电场中出现的
谐波主要就是因为输入的风力发电能量的不确定性，而其具有大量的整流以及逆
变设备，这样就会导致其出现谐波问题。

而通过光伏组件，就会将太阳能变为直
流电力，通过直流监测配电汇集到并网型逆变器中，将其转化形成电网频率、相
位相等的正弦波电流，这样就会直接的增加谐波的污染问题。

在充电机装置中，
通过模拟充电机中的 Matlab 对其进行谐波仿真计算处理，可以发现在电流中存在三个谐波，而出现这些谐波的主要问题就是与负荷不对称等问题有直接的影响，
其会导致中性点偏移等问题，并且会与中性点形成回路，进而产生三次谐波电流。

电力系统中的谐波源多数为可控的硅整流设备在实践中受到运行桩基的影响，导
致换流电抗以及换相角不等于零，这样就会出现平波电抗器的感抗不会趋近无穷
大的问题，其输出直流则就会有输出脉动产生，进而导致三相交流系统存在不对
称性，进而出现谐波。

二、电力系统中谐波对继电保护的影响
（一）针对继电器与自动装置的影响
在电力系统中，不同的继电器受到谐波影响产生的结果存在差异化，谐波对
电力系统中继电保护功能产生的影响主要是表现在继电器设备上，由于不同继电
器在设计与使用功能上的不同，导致谐波对其的影响也不同。

在电磁型继电器中，谐波在低于40%的情况下，电力系统所产生的误差将小于10%，但在动态电流的
背景下，谐波对继电器影响较大，造成电磁型继电器发生拒动行为，而形成的原
因是由于谐波的存在会使电压发生畸变，导致基波值数据变形，促使电压继电器
拒绝保护电力系统同时，未能发挥自动装置的作用。

（二）针对整流型继电设备与距离保护的影响
在电力系统出现故障时才能激发系统的继电保护功能，通过继电器的保护有
效地将故障排除在外，保证电力系统的正常、稳定运行。

当电力系统出现障碍时，基波的阻抗值以及误动值比较大，谐波便会产生较大的电流分量，而出现过多的
滤波阻碍电力系统中继电器设备发挥其保护作用，若滤波处理不及时，不仅会导
致继电设备出现误动，还可能产生误操作的状况。

电力系统相关数据表明，当谐
波在小于5%的情况下对继电保护设备的影响较弱。

因此，只有谐波含量低，才
能确保继电保护系统的正常运作。

但在电力系统实际运行中，由于各种因素的影响，从而导致谐波的含量常高于5%，因此，谐波对继电保护设备中的整流型系
统与距离保护系统的影响往往较大，在电流内存在谐波的情况下，三相谐波有着
不相同等特点以及不对称特点，若在电力系统继电保护设备附近设有并联电容器，就会对谐波进行放大，进而使滤波装置产生更大的谐波，使电流脉动巨大变化，
导致继电保护对电力系统产生错误的操作。

（三）针对微机线路与负序启动元件的影响
电力系统中谐波对继电保护的影响除了表现在继电器本身外，同时也表现在
对电力系统的微机路线与负序启动元件上。

负序启动元件和突变量是构成微机路
线的重要组成部分，当负序启动元件受到谐波的影响时，会导致保护装置、逻辑
电路在运行期间出现较大的失误性操作，从而影响微机路线系统发挥保护的作用。

同时，由于变压保护与线路主保护都属于继电保护配置，在谐波干扰电量时，如
果负序电流量的增加会使电压发生畸变，同样也会造成电力系统的保护设备出现
重大的错误性操作故障。

三、谐波对继电保护造成影响的有效应对措施
（一）防止谐波产生振荡电压
在电力系统内要降低谐波对继电保护设备产生的影响，可从谐波本身出发进
行改造，来预防谐波产生振荡电压，并得到合理的控制，应从下列两个关键点开
展工作。

（1）考虑谐波匹配参数的因素，从改变电力系统的抗容量或交感器的
感抗性出发，来降低谐波的匹配参数。

（2）采用增加阻尼的方式，来防止谐波
振荡电压的出现。

在实际操作中，通过对电力系统中的对地电容、交感器设备进
行合理的应用，并将电力阻尼放置在电力交感器的三角组合处，以改善电压互感
体系。

同时，需注意电阻上交感器的中性点不能与地面接触，且需在电力交感器
设备上加入某些滑谐器件或元部构件，并保证这些元件都处于互感器的三角绕组处，才能将电力交感器与双向可控硅相接触，实现电压在短接连接的同时达到瞬
间断续的效果。

此外，依靠增加电力系统的回路值来改变谐波出现振荡电压的现象，通过采用阻尼的电阻与电力互感器进行消谐，从而可应对电力系统内出现多
频率谐波振荡电压的问题。

因此，在电力系统实际运行中，将消协装置安装在互
感器的三角部位，此举不但可以将多频率谐振现象有效解决，同时十分利于电力
系统的区分以及谐振接地。

（二）对谐波波形的改变有效抑制
电力系统输电、供电运行过程中，可针对谐波利用继电保护装置抑制其波形
出现改变的状态，此种方式的原理是利用继电保护装置自身具备的灵动性、快速性，选择性开展可观的判断。

为了抑制电力系统内谐波波形发生变化，主要从以
下两方面出发。

（1）详细了解谐波的指标情况。

例如电压的实际波形、电流、
电量出现畸变的原因，同时在这一基础上对定子接地系统使用三次谐波的形式进
行搭建，进一步防止因基波检测疏忽而造成的谐波波形畸变现象。

（2）在充分
利用变压设备相关差动保护的同时，使用高次谐波流中2次谐波，在变压设备保
护的基础上，由2次谐波来带动差动继电器，从而降低继电保护设备出现失误性
操作的概率，避免机电设备受到涌流误操作而带来的损坏。

与此同时，采用增量型的元件，可以适当避免及改善负序谐波和稳态谐波带来的影响。

总之，在电力系统对用户提供输电供电的过程中，谐波会对自动保护系统、继电装置造成极大的影响，常会导致系统产生误动或拒动的情况。

因此，在实际运行中，需要围绕谐波对继电保护所造成的影响开展深入分析，找出误动、误操作的具体发生原因，同时针对问题尽快制定出有效的应对、完善措施，让继电保护系统能正常投入使用，确保整个区域电网的供电稳定性。

参考文献：
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