（大唐巩义发电有限责任公司 河南巩义 451200）
摘要：电力谐波广泛存在于电力电网中，谐波干扰备受关注。通常所说的谐波，指的是工频基波的整数倍谐波。然而，非整数倍谐波(也称为间谐波)也广泛存在于电力系统中，如电力互感器铁心饱和引起的铁磁谐振、大功率电力电子器件带来的谐波污染等。这类谐波含量的高低会直接影响受端设备的稳定运行，增加滤波采样装置的设计难度，对系统的稳控运行带来挑战。
关键词：电力系统；间谐波；继电保护；影响分析
1间谐波的产生机理
在电力电网中，非线性负载是产生各类谐波的主要来源。而电力互感器铁心饱和引起的电感变化则是主要的非线性负载来源之一。实际电力系统中，外界激发作用多见于断路器分、合闸，线路接地、断线等，这些都会引起电压互感器、电流互感器铁心饱和。
铁磁谐振作为铁心饱和引起回路共振的一种特殊现象，多见于如下电力网络:空载或轻载条件下，电磁式电压互感器和线路对地电容组成的振荡网络；空载变压器和空载长架空线路对地电容组成的振荡回路等[1]。特别地，对于中性点非有效接地系统，非线性电感元件和电容元件组成振荡回路，回路稳态运行时的自振频率小于某一低频谐振频率，而当铁心饱和(非线性状态)时，电感迅速减小。根据谐振频率
振频率时，就会发生铁磁谐振。譬如中性点不接地系统中，空载投切线路或母线时，线路对地电容与母线(或线路)PT构成LC振荡回路，在某一谐振频率下会发生串联(电压)谐振。该频段谐波电压幅值大，会对系统产生较大影响。铁磁谐振不仅可在基频(50Hz)下发生，也可在高频(170Hz)、低频(17Hz、25Hz)下发生，即所谓的间谐波[2]。
2基于傅里叶算法的采样原理
电力系统保护装置采样算法基于傅里叶变换提取电网工频分量。而我们谈论的间谐波问题必然会对保护采样带来影响，引起保护装置的误动作。首先，对傅里叶算法做如下认知:
计算机数字采样，时域和频域中关注的均是离散型信号。因此，在微机型继电保护装置中，对外部模拟电压电流进行数字采样，通过离散傅里叶变换，见式(2)，在周期T内计算得到直流分量和各频谱分量，并将基波有效值用作保护装置的计算定值[3]。
3间谐波对微机保护的动作性分析
3.1微机保护工频采样
电力系统微机保护基于数字采样原理，通过工频周期(20ms)内的离散化采样，对周期函数进行傅里叶分解，经式(2)分离出各频谱分量(基波及整数倍谐波)，且各频谱分量具有唯一性。但需要说明的是，由于需要考虑保护的速动性，所以保护装置本身并不具备频率分析特性，即无法检测故障量周期。因此，对于非工频周期故障量(如1/2、3/2等非整数次谐波)，由于装置采样窗口时间(即工频周期20ms)不满足非工频周期量(如:1/2间谐波为40ms)的全波完整性，所以保护装置经式(2)计算出的各频谱分量有效值将是一个不稳定的变化量。该量本身不具备参考意义，无法用作保护计算定值。这将在后面的间谐波分析中具体说明。
3.2故障过程描述
3.2.1变电站操作前运行方式
站内3号主变运行带10kVⅢ母，轵113断路器解备；2号主变运行带10kVⅡ母(无负荷)，轵112断路器解备。110kV南、北母解备。中性点方式:轵223中地、轵113中地投入；轵222中地、轵112中地断开。
3.2.2操作过程及动作现象
(1)合上112中地，然后合上112断路器对110kV南母充电，南母充电正常。
(2)断开112中地，南母电压正常；然后合上110母联断路器对北母充电。但在110母联断路器合闸瞬间，110kV母线电压产生波动并产生较高零序电压，导致2号主变A套保护中性点间隙零序过压(二次定值为180V)动作，中压侧动作零序电压采样值为232V，动作出口时间0.8s。调取220kV2号主变故障录波数据，发现保护启动至保护动作0.8s期间，中压侧零序电压有效值存在较大波动(或低于180V，或高于180V)。2号主变B套保护中性点间隙零序过压保护未动作[4]。
(3)合上112中地，然后合上110母联断路器再次对北母充电，充电正常。
3.3保护误动作原因
3.3.1A、B套保护动作不一致性的分析
(1)A、B套保护相互独立，校验合格，不存在保护装置误动、拒动缺陷。
(2)A、B套保护中性点零序过压动作条件存在区别。考虑到主变中性点间隙过压期间会出现中性点击穿、恢复的交替变化，即零序过压与间隙过流的交替动作。为保证出口动作时间(0.8s)内两保护的交替动作与返回，A套保护设置了动作展宽时延，保护动作后起到动作保持作用，故A套保护采样达到动作定值即保持至动作出口；而B套保护装置中性点零序过压保护未设置动作展宽时延，故其动作出口取决于出口时刻(0.8s时刻)的瞬时零序电压，也正是由于中压侧零序电压有效值的较大波动，造成B套保护未动作。
(3)总之，该条件下的保护动作应属于误动作。
3.3.2中性点零序过压的误采样
分频共振下的中性点零序过电压一般不太高，但A套保护采样得到的零序过电压很高，导致保护动作。究其根源在于，微机保护装置对工频基波的误采样。
结合第2部分的傅里叶全波算法，不难看出，由于间谐波的共振干扰，故障量变成以1/2工频为周期(40ms)的非工频周期函数。根据全波傅氏算法，采样周期T应扩展为工频周期(20ms)的2倍，才能保证积分周期的完整性，由此得到的基波分量为频率25Hz(1/40ms)的间谐波过电压，二倍频分量(50Hz)才是我们所需的工频分量[5]。由3.1部分的微机保护采样条件，我们知道微机保护默认的采样频率为电网工频，不具备频率自适应检测能力。因此，在分频间谐波的干扰下，保护装置仍以工频周期采样计算，傅里叶算法积分周期不完整，由此计算得到的工频有效值将失去意义。这也就解释了中性点零序过压有效值存在较大波动的情况，从而引起主变保护的误动作。
结语
铁磁共振下的间谐波是引起微机保护误动作的主要根源。采取适时改变电网运行方式，采用电容式电压互感器，在保证保护速动性的前提下提高保护装置的频率自适应能力等措施消除或过滤间谐波，才能有效克服电网间谐波对继电保护带来的影响，提高保护动作的可靠性。
参考文献
[1]吴建章，梅飞，陈畅，潘益，李陶然，郑建勇.基于经验小波变换的电力系统谐波检测方法[J].电力系统保护与控制，2020，48(06):136-143.
[2]孙曙光，田朋，杜太行，王景芹.基于apFFT-AMD的密集频率谐波/间谐波检测[J].浙江大学学报(工学版)，2020，54(01):178-188.