李志华
浙江天和电力安装工程有限公司 浙江湖州 313000
【摘要】引入新型电力设备后，电力系统的非线性负荷有所增加。电网负荷压力下会产生大量的谐波，谐波对电网运行的影响更为严重，导致电力供应质量下降。尤其在高压输电中，电网的谐波破坏力更大。电网中的谐波会引起电器设备损坏严重，寿命缩短。对于各种由谐波引起的各类电力事故，应特别注意加强事故保护。所以谐波问题的解决成为提高电网质量的关键。本文探讨了电网谐波对继电保护的影响，并提出了相应的防范措施。
关键词：电力系统；谐波；继电保护；影响
0.引言
伴随着电力系统的快速发展，新型电力设备已经广泛地应用于继电保护领域。电力网络的谐波问题受到引起了人关注。为了有效地解决电力系统谐波问题，就必须从电力系统的实际运行出发，加强继电保护的理论研究，提高现场试验的效果。电力系谐波问题严重影响电力正常运行的生产和生活。为电力部门必须认真分析研究电网谐波对继电保护的影响。
1.谐波概述
根据电力工程的国际标准定义，谐波是指周期中电荷的正弦分量，频率是基波的整数倍。或者将频率低于工作频率的部分被称为内部谐波。本论文研究的是整数倍的基波谐波，并不分析其它谐波类型。该阶段由于大量线性负载进入电力系统，因此，当设备与电网相连时，系统中的电流和电压会产生高次谐波，造成电能质量下降，严重影响电网质量。妨碍电力系统安全运行。这是目前电力系统中最常见的危害之一。
2.谐波问题产生的原因
谐波现象经常发生在电力系统运行过程中。简单地说，谐波是大于整倍基频的子分量，它是由周期非正弦交流电的傅里叶级数分解得到的，常被称为高次谐波。而基波是指其频率与工作频率相同(50 Hz)相同的分量。造成谐波的三个主要原因：（1）谐波产生于电源端；准确地说，谐波在电力系统中很普遍，，而且一般发电机的三项绕组在制作的过程中很难达到绝对的对称，在一定程度上受制作工艺的影响。要达到绝对对称是很困难的，而与三个线圈相对应的铁心也很难达到绝对均匀，这就造成了谐波。另外，发电机在工作时的不稳定也会引起谐波。但相对于前一种，后一种所引起的协调作用较小。（2）输配电系统产生的谐波。电力变压器在输配电系统中产生谐波的主要原因是谐波的产生。具体地说，由于电力变压器的设计要考虑到相应的经济性，相应的铁心磁化曲线也会处于特定的状态，即：非线性饱和状态。特殊工况下，励磁电流为顶波，产生奇次谐波。随着变压器铁心饱和度的提高，其工作点的偏移也随之增大，即偏移到最初设定的线性曲线上会产生较大的谐波电流。（3）电力设备引起的谐波。电器本身也是引起谐波的一个因素。因电器的种类不同，相应的原因也不同。比如，居民日常生活中的普通电器和医疗建筑，如空调、冰箱、洗衣机、大中型医疗设备等，其内部都有相应的线圈，线圈内电流受不平衡影响，导致元件波形发生变化。此外，电脑、电视等电器虽然有一定的调压和整流功能，但仍会产生较高频率的奇次谐波。
3.电力系统谐波对继电保护的影响
3.1影响电磁型继电器
当谐波含量在40%以下时，谐波设定值的误差将小于10%，但继电器的设定是基于基本电压或电流。所以在分静态状况下，不可避免的会影响谐波设定的效果。产生谐波时，电流继电器保护就会失效。在承受含有谐波的电压时，电压继电器的设定值会大大低于其工作值，从而导致电压继电器出现故障。高次谐波励磁通在空载变压器进行切换时，常常会出现。高谐波分量会引起继电器失效。
故障一出现，断路器就会立即跳闸。
3.2对感应型继电保护装置的影响
感应型继电保护装置在其他磁场作用下会产生感应电流，而感应性电流首先会在空间中的其它磁场作用下产生电磁力矩，从而推动圆盘转动。感性继电保护装置动作较慢，可动部分惯性较大，谐波影响较小。经过科学分析，可以了解到基本变压器电流所产生的谐波分量会在继电器保护设备磁盘上产生附加转矩。所以继电器的触发时间可以相应改变。对于3-5次谐波分量产生的扭矩对此有较大的影响。
3.3整流继电器的影响
谐波的产生将使整流器继电器的运行产生更多的交流组合。不同整流组合时，输入交流电后对电流信号进行判断。继电保护也会在不同的凸凹点产生谐波分量。协同动作的作用将会越来越明显。接地短路故障时，电源中形成的整流环将在阻抗效应中突出谐波成分，以保证工作特性，并根据不规则闭合曲线更好地突出谐波成分。对于整流器的继电保护，也可以通过电流回路产生的谐波分量来实现交流输出，从而使继电器的动作更加一致，避免损坏。设计继电器保护时应充分考虑谐波的影响。
3.4静态继电器的影响
静电保护下继电器无机械动作。继电器保护能够有效地分离和消除谐波。谐波分量对差分比较器的应用有很大影响。通过对相位比较器的正负极性进行比较，得出相同电量的谐波分量不同。用方波控制电压，触发器会起抑制保护作用。消除电力系统谐波的方法很多。降低脉冲电压产生。利用谐波参数提高电网对变压器的感应效果；谐波限值采用零序环法。在中性点不接地的情况下，还可以设定电网对地电容效应的限度。中性点通过消弧环接地。高电压侧的中性点通过电阻或大电容接地。谐波消除装置安装在变压器上，并锁定触发电压的双向控制，以确保电压互感器能够立即消除谐波。在双向控制下，谐振环阻尼将根据自身零序电阻的变化进行谐振释放。外阻尼电阻为零时，继电器的工作不受影响。并注意谐波分量的产生。继电器保护可实现多种谐波控制方案。保证电源系统正常运转。电网谐波的及时检测与消除对于提高电网的运行效率至关重要。
4.消除谐波的措施
4.1对谐波振荡过电压的形成的限制
先在零序电路中增加阻尼，减少谐波的产生和扩展，再增加电力系统电容电抗和变压器电感，以避免谐波参数的产生。其设计思想为：（1）在互感端口上设置阻尼电阻，以减少谐波干扰，或安装谐波装置；（2）增加电力系统的接地电容以及增加接地电容和电抗，也能在很大程度上抵抗谐波。（3）变压器高压侧中性点采用大容量接地。（4）用消弧线圈对供电系统的中性点进行接地。简单地说，就设计思想而言，可以从多个方面着手，考虑电源系统的可靠性和稳定性，并通过限制谐波的产生，或者限制产生路径，从而达到消除谐波的效果。
4.2加入滤波器的应用
对电力系统进行谐波控制最有效的方法之一就是增加一个滤波器，它既能抑制谐波的产生，又能抑制谐波的传播。滤波器由电容、电感器、电阻器组成，其作用是将特定频率和电路有效结合在一起，使谐波传播达到极限，从而达到功的消减。目前，在这一阶段，有一种滤波器能达到很好的效果，就是与模态滤波器配合使用的数字滤波器。它利用运行路径作为电力系统的外部输入变量。以达到频谱校正的效果，从而达到良好的应用效果。
5.结束语
谐波对继电保护的发展有重要影响，配电网的运行状况也在不断改善。谐波的应用越来越受到关注。这种变化将引起继电保护阻抗结构的改变，从而使电压、电流更加稳定。防止外部因素对继电器的影响。继能及时响应谐波，有效应对电力设备的异常运行。全面改善继电保护效果。在谐波处理时，应设置相应的滤波装置，以提高处理效果，减少谐波对电网的影响。