关于电力系统中谐波对继电保护的影响研究

关于电力系统中谐波对继电保护的影响研究

发表时间：2017-04-06T15:41:20.130Z 来源：《电力设备》2017年第2期作者：程晨刘魁邵长坤姜泽苗

[导读] 本文主要对电力系统谐波对继电保护产生的相关影响进行了深入的分析和探究，希望能够进一步促进我国电力事业的发展。

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摘要：继电保护主要是研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况，以探讨其对策的反事故自动化措施。继电保护器是较为重要的电力设备，能够及时切除故障，对电网形成有效保护，从而保障人们的日常供电安全。本文主要对电力系统谐波对继电保护产生的相关影响进行了深入的分析和探究，希望能够进一步促进我国电力事业的发展。

关键词：继电保护谐波电力系统应对策略

一、继电保护现状及谐波问题分析

当前计算机技术迅猛发展，更好的促进了电力系统的进一步发展和前进。电力系统在运行的过程中，继电保护的装置是其中要保证的设备，也是能够及时满足电力系统运行的安全性能，这也成为继电保护发展中的重要动力。对继电保护的工作中有四项最基本的要求，分别是速动性、选择性和灵敏性以及可靠性。这也是技术人员在操作的过程中不断追求的目标。电力系统经过了上达百年的发展，继电保护趋于完善的同时，继电保护中的相关装置元件以及材料也都随之发生了巨大的变化，整流式、机电式、晶体管式以及集成电路式和微处理机式等几个阶段，进入最后的微处理机式是在上个世纪九十年代开始的，在我国逐步发展起来。

谐波可以说是电力系统运行中出现的一种污染或病毒，它的危害十分严重。谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。为解决电力电子装置和其他谐波源的谐波污染问题，基本思路有两条：一条是装设谐波补偿装置来补偿谐波，这对各种谐波源都是适用的；另一条是对电力电子装置本身进行改造，使其不产生谐波，且功率因数可控制为1，这当然只适用于作为主要谐波源的电力电子装置。

二、谐波对电力系统继电保护的影响

1）谐波对整流型继电设备及距离保护造成的影响。在电网运行过程中，一旦出现系统故障，在故障的过程中含有一定量的谐波电流，那么基波阻抗值和阻抗值之间会存在较大的差异。如果谐波电流较大，会产生较大的谐波分量，而谐波一旦不能被及时滤波处理，会对电器设备产生较大的影响，造成继电保护器误操作，从而影响电力系统的正常运行。根据研究发现，当谐波量5以下时，通常对电器设备不会产生明显的作用，不会影响继电保护器的正常运行。然而，在现实生活中谐波量通常会大于5，严重影响电力系统的正常运行，对继电保护器也会造成一定影响。除此之外，谐波极有可能影响整流继电设备，例如，在电网运行过程中，一旦出现三相滤波不对称，极有可能导致负序滤波设备存在谐波，一旦谐波量增大，会引起直流脉动发生变化，从而导致继电保护器发生故障，不利于电网的安全稳定运行。 2）谐波对自动装置及继电器造成的影响。在电网运行过程中，一旦继电设备产生大量谐波，容易引起电磁继电设备进行启动，此时基波处于整定状态。然而，一旦接入谐波电压，就容易引起正误差，从而影响低电压继电器的正常运行。通常来说，电磁继电设备在运行过程中动作较慢，只要误差不是过大，对运行不会造成较大的影响。一般来说，谐波量小于10时，设备无明显变化。然而，一旦谐波量大于10，如果此时谐波不会出现明显衰减，也容易引起电磁继电器发生故障，从而导致电网难以安全稳定运行。除此之外，谐波还能导致故障录波设备产生误操作，对频率仪的正常工作也会造成一定影响，从而影响电力系统的正常运行。

3）谐波对微机线路及负序量启动元件造成的影响。通常来说，变压设备及线路主保护等相关设备共同构成电力系统继电保护装置，而该装置负序电流增量能够起到有效保护电路的作用。在这种情况下，会引起谐波量明显增大，对电力系统产生较大干扰。一旦谐波经由滤波器进行滤波处理，容易出现畸形电压和畸形电流，而畸形电压与畸形电流在保护回路容易引起保护设备产生故障。除此之外，由突变量及负序启动元件所组成的设备元件都有可能引起电流量和电压量的变化，产生启动量，而启动量一旦受到谐波影响容易造成保护回路发生误判断及误操作，从而影响电力系统正常运行。

三、电力系统谐波的应对策略

鉴于电力系统谐波产生的较大影响，为有控制谐波，应切实采取相关的措施，保证电网的安全运行。通常来说，应首先有效避免谐波震荡产生过大的电压，可以从下面几点做起：第一，应对系统对地容抗进行调整，使匹配帧参数控制在一定范围内，并调节互感器感抗性能。第二，应使零序回路阻尼得到有效增加，这样能够有效避免谐振的产生。通常来说，可以通过增加系统对地电容、调整电压互感设备、利用电磁电压互感器等方法进行实现。除此之外，应将阻尼电阻或消谐构件接入电磁互感器，有效避免中性点接地。对于电压互感器而言，应注意进行接地。电磁互感器中性点只有经过电阻才能进行接地，应采用经消弧线圈方式使中性点和地相充分连接。

滑谐构件及元器件应安装于电磁互感器相应的位置，尤其是应与双向可控硅相连接，在连接时通常采用瞬间断续方式，这样能够有效确保电压互感器能够实现断续。在日常实践过程中，为有效增加电网运行过程中的阻尼电阻，应尽量使用零序电阻。除此之外，还要对零序电压加以控制，使电压值维持在稳定范围内。经过研究表明，一旦电压互感器和阻尼电阻进行连接，能够起到较好的消谐作用。通常来说，阻尼电阻值和消谐之间具有密切联系，阻尼电阻值越小，消谐效果越好。如果完全没有阻尼电阻，此时理论上具有最好的消谐效果。一旦出现双向控硅断续，此时阻尼电阻值理论上降为零，因而具有最好的消谐效果，不会对电磁互感器、继电保护器等电气装置产生影响，有利于保证电力系统安全稳定运行。在日常实践中，通过利用该措施消谐能够有效避免多频率谐振造成的谐波量过大的问题，而且非常有利于实现HW振与电力系统正常接地，从而保障电网的安全稳定运行。

除此之外，为有效消除谐波对电力系统造成的影响，应尽量避免谐波产生形变，这样也能对继电保护器形成有效保护。通常来说，应从速动性、灵敏度和选择性等三个方面着手，对继电保护器进行科学的评价，合理的判断其性能优劣。一旦出现输入电流及输入电压发生形变，容易导致上述性能指标产生恶化，从而不利于电力系统安全运行。为此，应从以下几方面做起，有效控制谐波发生形变：第一，充分利用三次谐波电压，形成有效定子接地保护，使之形成较为完整的电力系统，从而切实避免死区等现象的发生，有利于电气装置的保护。第二，应做好谐波形变方面的检测，防止谐波产生形变，对于正负极非对称等问题尤其是要加以注意。第三，借助二次谐波能够对变压设备形成有效保护，通常来说，变压设备在运行过程中容易产生高次谐波，高次谐波中多为二次谐波。为切实消除谐波造成的影响，应研制开发相应的继电装置，有效消除二次谐波造成的影响，从而避免误操作等现象的发生，保障电力系统的安全稳定运行。