谐波对继电保护的影响与应对策略

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　　摘要：近几年来，随着我国经济水平不断提高，我国电力行业得到了蓬勃发展，人们对电力的需求也在与日俱增，使得电力系统的作用越来越重要。而随着电气设备的大力推广，电力系统运行中出现了很多谐波，严重影响着电力系统继电保护的安全运行。因此，必须要了解电力系统谐波对继电保护的影响，这样才能保证电力系统继电保护的安全运行，保证人们的电力需求。
　　关键词：电力系统谐波；继电保护；影响
　　1电力系统谐波
　　电力系统谐波是指一个周期电气量的正弦波分量，而基波频率的整数倍就是其频率，一般基波的频率会低于谐波的频率，所以又叫高次谐波。电力系统会受到谐波的影响，使得其电压正弦波质量降低，并影响电网的正常运作。电子设备和电力电子设备的推广应用，增加了变频调速设备、工业电炉和电气机车等非线性负荷，电力系统中的谐波也就越来越多。通常电气化铁路、非线性负荷、风电、光伏发电、汽车充电站等设备中经常会产生谐波，而电气化铁路是一个特殊的电力系统用户，其负荷具有非线性、不对称性和波动性的特点。在机车运行中非线性特征明显，此时电力系统中就会出现大量的谐波电流，并成为最大的谐波源，3-13次的奇次谐波电压中的含有率会出现不同程度的超标，而且电力机车开停频繁，就会增大有功冲击，使得出现电力系统电压波动和闪变。在风电场中产生谐波产生是因为输入的风力发电能量具有不确定性，而且有大量的整流和逆变设备，所以就会出现谐波。通过光伏组件，太阳能就会转化为直流电力，并由直流监测配电汇集到并网型逆变器中，转化成电网同频率同相位的正弦波电流，而这一逆变过程就会增大谐波污染。在充電机装置中，在模拟充电机上运用Matlab进行谐波仿真计算，就会发现实测电流中有3次谐波，这与负荷不对称有关，它会使得中性点偏移，并与中性点对地形成回路，最后就产生了3次谐波电流。电力系统的谐波源主要是可控硅的整流设备，但是其实际运行情况比较差，换流电抗和换相角不等于零，平波电抗器的感抗不会趋近无穷大，所以输出直流就会有脉动，使得三相交流系统不具有对称性，此时就会产生谐波。
　　2电力系统谐波对继电保护的影响
　　2.1继电保护
　　继电保护主要包含两种滤波器，其一为软件滤波器；其二是硬件滤波器，其中有源滤波器最为常见，还有一种无源滤波器。它们主要用于处理滤波，以防谐波造成严重干扰，具体可采用以下方法：对于有源滤波器来说，它还有一个别称（主动式滤波器），它产生的谐波电流，方向与谐波相反，但大小是相等的，这样便可将系统的谐波彻底消除。这种滤波器的应用领域相当广，只是需花费较高的成本。无源滤波器的另一称呼：被动式滤波器，它主要是将电容器串联在滤波电抗器当中，一旦出现谐波频率，便可形成低阻抗回路，这样就能吸收这种频率所发出的谐波，使系统谐波下降。无源滤波器一般用于补偿电容器，只是无源滤波器不能广泛使用，但对于阶次比较单一的谐波，它可以完成滤除。因此，应用滤波器过程中，必须从实际情况出发，选择合适的滤波器。设备如果产生了谐波，必须合理调节其电源加装功率，也就是说制造设备过程中，必须先考虑这点，这样才能使谐波问题得以解决，以防谐波对控制电网造成严重污染。谐波分析很有必要，想要得到电流数据必须使用AD卡，各次谐波参数需用到傅立叶变换，进行数据处理后可得到结果，这样便可将谐波消除。不过计算电抗器，或测试现场谐波时，过程比较复杂，它只能用于固定负载，一旦负载发生波动，将影响到滤波效果。
　　2.2静态机电设备
　　在电力系统中静态机电设备的运用比较广，因为静态继电器对于降低谐波的影响有一定的作用。静态保护装置包括固态继电器和静态继电器，两个交流电量的相位是微分比相器和积分比相器的比较，而在电器设备运行中谐波会对比相器的正常运行产生影响。因此，在比较两个电量时，如果其中一个具有谐波分量的条件就会切割方波，但是因为电压达不到预期电压值，电压就难以翻转。而两个交流带电已经转化成方波，在微分电路上形成脉冲，如果此时系统受到谐波的影响，微分脉冲就会增加。在增加交流电的情况下，就容易出现保护装置误动作，使得静态机电设备受到影响。
　　2.3整流型机电设备
　　通过整流输入交流电或者相关交流量进行整流形成的设备就是整流类型的机电设备。其继电器的主要动作原理就是电流信号以及动作判断。在运行中，如果其电阻器存在两个电气量的环形整流比相器，在电流回路中则会出现谐波问题，这样就会改变其动作路径，出现规则的圆弧，谐波量的增加会导致曲线凹凸点更为复杂。对此，在整流型机电设备中如果出现谐波问题，在电流回路中如果含有一些谐波分量电流，则就会增加整流比相器中输出量的整体交流分量，进而影响继电器的工作路径。
　　2.4谐波会影响负序量元件，包括微机线路等
　　通常，电网的继电保护装置更多以负序电流增量为主，其组成部分包括两个：一个是线路保护，另一个为变压设备保护。电力系统可由不同的方式组成，谐波干扰是一个重要问题，在滤波器的作用下，将出现电流以及电压。保护回路出现了谐波，很难正确操作保护设备，甚至导致操作失误。微机线路可经常看到保护设备，它包含了不同的启动元件，最常见的有负序以及突变量。这些元件都可当作门槛电压量，也可称其为电流量，甚至是启动量。经大量实践证实，谐波可影响这些启动量，这样就很难准确判断出保护回路、逻辑回路等，由此导致误操作的发生。
　　2.5感应型机电设备
　　感应型继电保护装置的动作速度相对较慢，惯性较大，进而直接的削弱了谐波的不良影响，可以降低谐波转矩的作用力。而在实践中，受到磁场作用的影响，导致继电器圆盘以及圆筒中出现电流，这样就会导致另一个磁场产生电磁转矩的问题，导致电磁转矩在影响之下出现圆盘以及圆通的旋转问题，而如果输入一定频率问题，在畸变电流谐波分量的影响之下，机电设备自身的磁盘则就会出现附加转矩问题，而在转矩与电流谐波分量以及基波分量转矩数值相同的时候，就会降低继电器的灵敏度。
　　结语
　　随着我国经济的发展，人们对电力的需求量在逐渐增加，并提出了更高的要求。但是在电力系统运行中经常会出现谐波，影响着继电保护的正常运行，也降低了电压正弦波的质量，严重制约了电网的正常运作。因此，在电力系统实际运行中，要认识到中电力系统谐波对继电保护的负面影响，在这样的基础上采取有效的对策降低其对继电保护的干扰，为电力系统安全稳定的运行提供保障。
　　参考文献
　　[1]程丽.电力系统谐波对继电保护的影响研究[J].中国新通信，2017，19（01）：97.
　　[2]郭冰，王维川.电力系统中谐波对继电保护的影响[J].经营管理者，2015（03）：343-344.
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