张妍1 孟庆光2
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摘 要：现阶段，社会经济飞速发展，各行业都增加了对电力的需求，因此对我国供电系统也提出了更加严格的标准要求。目前，技术手段持续进行改革，基于此对电力电子设备给配电系统以及继电保护带来的影响进行了分析，并提出了对继电保护可靠性的措施，旨在为相关业界人士提供一定的参考。
关键词：电力电子设备; 配电系统; 继电保护
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。在以往的电力系统建设中，由于所使用的设备比较单一，且线路结构相对简单，因此电力系统中的谐波并没有为人们所重视。近些年来，快速发展的电力电子技术，使得许多新的电气设备得到推广和应用，电力系统中的非线性负荷明显增加，谐波问题也日益严重。
1 谐波的概述
根据电气和电子工程师协会给出的定义，周期性的非正弦交流量进行傅里叶级数分解所得到的大于基波频率整数倍数的各次分量，通常称为高次谐波。现今，随着电力系统的结构日益复杂，且非线性电气设备的大量使用，造成电力系统中的谐波问题日益凸显。尤其是在高压直流输电系统中，谐波的影响相当严重，所以如何降低电力系统中的谐波，成为电力系统发展的一大问题。综合起来，谐波会对电力系统造成以下几方面的影响：一方面谐波会严重干扰电网运行，从而造成电力系统中的电压质量下降；另一方面系统中的谐波会导致电气设备的非正常运行，从而损坏电气设备进而增大了引发短路等故障的概率；此外，电力系统中二次设备的正常工作易受谐波的干扰，发生误动作的可能性会大大增加。
谐波由声学演变而来, 其简称为HW。从电工学角度来分析, 谐波是指电气量产生的正弦波分量, 其频率一般比基波大。谐波不一定是基波整数倍, 研究学者称其为分数谐波, 也叫做间谐波。如果间谐的频率比工频低, 则称之为次谐波。运行中的电力系统, 若产生谐波, 最大因素便是非线性负载。非线性负载一旦介入, 电力系统的电流、电压将导致高次谐波的出现。电力系统如果产生了谐波, 对供电质量有很大影响, 情况比较危急时, 电网安全将得不到保障, 这也是人们对谐波如此畏惧的原因之一。
2 电力系统谐波对继电保护的影响
2.1 谐波可影响距离保护, 以及整流继电设备
电力系统难免出现问题, 包括谐波电流也很常见, 这样容易导致阻抗值不符合基波阻抗值。谐波分量最常出现在电流中, 必须立即滤波处理, 否则继电设备容易出现误操作。经相关部门调查, 发现电力系统只有5%的谐波量时, 谐波并不会影响到继电保护设备。然而, 实践却事与愿违, 大部分电力系统都大于了5%的谐波含量。这样一来, 谐波将影响继电保护。与此同时, 谐波也会对整流继电设备造成不同程度的影响, 谐波如果出现在电力系统电流中, 三相谐波不会一直保持对称, 负序滤波设备也可能出现谐波。对于裂相回路来说, 谐波可以被放大, 直流脉动同样如此, 致使继电保护在操作过程中出现失误。
2.2 谐波对继电器与自动装置产生的影响
对电力系统而言, 继电设备一旦出现基波整定或谐波, 继电设备很容易被启动。然而, 谐波电压只要进入了继电设备, 正误差最可能出现, 此时低压继电设备很容易出现失误。想要快速启动电磁继电设备的话, 一定不能出现很大的定值误差。谐波只要不超过10%的含量, 很容易影响到继电设备, 且其影响力相当大。值得注意一点, 谐波超过一定含量, 且次谐波逐渐衰减时, 一旦电磁继电设备发生误操作, 电力系统将无法正常运行。谐波是故障录波设备不能正常启动的主要因素, 它可影响频率仪的最终测试值, 降低其准确度, 同时还可导致设备合闸出现极大的误差角。
2.3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。
3 谐波对继电保护影响的应对措施
消除谐波的方法在电力系统中有很多，综合来看，最有效的消除谐波的方法是从限制其震荡过电压的产生。首先，可以通过改变电网对互感器的感抗来阻止形成谐波的参数的出现；其次，在零序回路内增加阻尼，从而限制谐波的出现和发展也是可行的方法。现今，通常使用下面几种设计方法消除系统中的谐波：第一，在电力系统中采用性能优良的电气设备，并根据具体情况进行选型；第二，可适当地提高电网的对地电容从而抑制谐波的产生；第三，确保中性点需要接地的地方通过消弧线圈后再接地；第四，先经大电容或者经电阻后互感器高压侧的中性点再接地。
此外，可以在电网中构建谐振监督系统，以了解谐振在各个时期的变化情况，并在软、硬件方面提高系统的抗干扰能力，在整定计算中充分考虑谐振的因素，以确保继电保护可以正常工作。同时，在谐振源处，可以通过加装一些滤波设备，减少进入电网的谐振量，从根本上减少谐振对电网的影响。
慎重选择继电保护装置, 以防谐波对其产生影响, 了解继电器的运用原理, 包括相应的电气元件, 最常见的有比相判断, 还有过零点检测等。为了使变压器实现差动保护, 可采用二次谐波, 饱和变流器应用最多, 它可以保护继电器。当然, 容抗或是感抗也经常出现在二次系统中, 由此便有了谐振的出现。由此可见, 系统固有频率必须与频率带相距较远, 只有谐振不再出现过电压, 继电器才能变得更加可靠。
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。只有认真分析参数, 结合实际的运行状况, 功率因素如果明显下降的话, 谐波是最大的诱发因素, 通过以上途径, 有利于电网更快、更稳定地运行, 因此该问题值得引起重视。
4 结语
近些年来，随着电力电子设备在电力系统中得到大规模运用，供配电系统日趋复杂，对保证电力系统正常运行的继电保护产生了极大的影响，谐波问题开始为人们重视。对于继电保护本身而言，应尽量减少外界干扰。因此，对出现的故障和设备的不正常运行应及时处理，保证电力系统中的继电保护能够正常工作。
参考文献：
[1]禹凯歌.电力系统谐波对继电保护的影响[J].中国科技信息,2020(16):42+44.
[2]李柳雅. 光伏电站谐波分布特性及其谐振劣化现象的研究[D].兰州理工大学,2020.
[3]张庆红.电力系统中谐波抑制与防治[J].电工技术,2020(08):101-103.