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电力系统谐波对继电保护的影响盛光宗周颢

发表时间：2021/7/2 来源：《中国电力企业管理》2021年3月作者：盛光宗周颢

[导读] 供电系统中的谐波电流对继电保护装置存在较大的影响，容易引起操作错误和误操作现象的出现，危害供电系统的安全，对供电系统的安全运行产生极大的危害，因此有必要主动分析影响并为此制定对策，以确保供电系统安全运行。基于此，本文主要分析了电力系统谐波对继电保护的影响。

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摘要：供电系统中的谐波电流对继电保护装置存在较大的影响，容易引起操作错误和误操作现象的出现，危害供电系统的安全，对供电系统的安全运行产生极大的危害，因此有必要主动分析影响并为此制定对策，以确保供电系统安全运行。基于此，本文主要分析了电力系统谐波对继电保护的影响。
关键词:电力系统;谐波;继电保护;影响
中图分类号:TM933.4文献标志码:A
        引言
        供电系统中的谐波电流对继电保护装置存在较大的影响，容易引起操作错误和误操作现象的出现，危害供电系统的安全，对供电系统的安全运行产生极大的危害，因此有必要主动分析影响并为此制定对策，以确保供电系统安全运行。
        1谐波来源
        谐波一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解，其大于基波频率的电流产生的电量。当正弦波电压施加在非线性负载上时，会因为振荡等其它原因产生非正弦波电流，含有非正弦波电流的电路中就会有谐波产生。在平台上，谐波产生的主要来源有发电机、电力变压器和电力电子设备。
        1.1发电机
        发电机三相绕组的非绝对对称性，导致其在运行过程中会产生少量谐波。
        1.2电力变压器
        设计电力变压器时，为追求利益最大化，通常将运行工作点设置在临近饱和区的拐点位置。变压器投入运行后，较高的铁心饱和度使其工作点偏离了线性曲线，磁化电流波形不能保持为正弦波，而是呈现出尖顶波形状，这样就会产生一定量的奇次谐波。同时，非正弦波形的励磁电流，也会产生一定量的谐波[1]。
        1.3电力电子设备
        随着海上石油平台从自动化向智能化快速发展，大量电力电子设备开始广泛投入应用。平台上的电力电子设备主要有：变频器、蓄电池充电器、卤化物灯、不间断电源及应急电源、电脑、传真机、复印机、节能灯、变频空调、电磁炉和电磁灶等。在电力电子设备大量使用之前，最主要的谐波源是变压器，其次是发电机，但是随着电力电子设备的大规模应用，电力系统内的变频、整流设备成为了最主要的谐波源[2]。
        2电力谐波产生原因及影响
        电力系统在理想状态下，电压、电流都是正弦波，但在实际中存在非线性设备及负荷。当系统向非线性阻抗特性的设备、负荷供电时，它们在利用系统提供的基波时把部分基波转换为谐波并注入系统，使得系统的正弦波形畸变，降低供电质量。谐波源主要有三类：铁芯设备呈非线性饱和特性，类似电抗器、变压器；各种交直流换流装置、双向晶闸管可控开关；冶炼电弧炉在熔化期间引起三相负荷不平衡产生的谐波。电力谐波会增加系统无功功率，降低系统功率因数，引发串联、并联谐振，干扰通信装置，影响电网的安全、稳定运行。
        （1）对于输配电线路，会造成绝缘损坏、短路，引发火灾；产生高谐振电压、谐波电流；导致继电保护装置误动、拒动，引发系统事故。
        （2）对于电力设备，会造成设备绝缘老化，缩短使用寿命；增加损耗，引起发热，影响设备使用安全；产生振动、噪声，造成机械损坏。
        （3）对于通信系统，会产生干扰电压，降低通话清晰度；触发电话铃响，产生噪声，降低通信质量；干扰电力载波通信工作，影响电网安全。
        （4）对于电能计量仪表，会使电能计量不准确，产生误差。
        （5）对于电能质量，会造成电网电压下降，影响电能质量。

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        3谐波对继电保护装置的影响
        3.1对电磁型继电器的影响
        从所查资料分析我们可以得知，谐波的含量不超过40％时候，它的整定误差小于10%，在电力系统中，谐波的设定是根据基波电流或者基波电压整定的，所以在非静止状态下的谐波毕然会对继电保护装置产生一定的影响。在电力系统中，谐波的存在毕然会对继电保护装置产生保护拒动。一旦在继电保护装置上的谐波存在基变电压，基波整定值比电压型继电保护装置动作值要低很多，这就造成继电保护装置出现延误，可能会导致继电保护装置误动，从而导致无法正常运行，特别是空载变压器投切时候，很容易引起跳闸行为[3]。
        3.2对感应型继电保护装置的影响。
        在圆盘磁场的作用下，感应性继电保护装置肯定会产生感应电流，而感应电流在空间其他磁场的作用下，先出电磁转矩，进而促进圆盘转动。感性性继电保护装置动作较慢，可以活动的部分惯性较大，所以谐波对此影响相对较小。基于科学分析，可以了解到，受基变电流产生的谐波分量会在继电保护装置的磁盘上产生附加转矩，所以继电保护装置的触发时间可能会随此影响而产生一定的改变，对于3～5次谐波分量产生的转矩对此产生的影响更大[4]。
        3.3对整流型继电保护装置的影响
        当供电系统中出现常见故障问题(例如系统中的谐波)时，误差值将主要表现出基本阻抗值和谐波阻抗值之间的较大特性。另外，由于谐波电流在电流量中所占的比例较大，为了更好地防止继电保护装置出现错误操作，有必要采取针对性的对策来解决谐波电流。科研上，以5为分界线，当供电系统中的谐波电流分量小于该值时，供电保护装置不会受到很大影响。检查供电系统中的谐波电流分量后，发现在许多情况下该值都超过了5，这表明继电保护设备会受不同程度的影响。另外，谐波电流的出现也会对整流器型继电保护装置造成不同程度的危害。例如，当三相谐波电流在供电系统中表现出不同且不对称的加密条件时，则较大的谐波电流会出现在负序滤波设备中。此外，通过增加分相控制回路来解决谐波电流后，将增加交流脉动，这将导致操作错误和继电保护装备中的无启动现象。
        4在继电保护装置中应对谐波的方法
        4.1减少谐波
        ①改善供电环境：通过设备改造或更换，增大供电设备容量，提高供电系统短路能力和供电系统的电压等级，来改善供电系统的运行情况，增强系统抗谐波能力。②吸收谐波电流：采用无源滤波器来抑制谐波，降低谐波对电力设备造成的影响；向电力系统中输入与谐波等幅值、反方向的电流，抵消原有谐波，从源头消除影响。
        4.2加入滤波器的应用
        在电力系统中，有效控制谐波产生还有个最有效的办法就是加入滤波器，这样不但可以抑制产生，还可以抑制蔓延。电容、电感和电阻组成的滤波电路称为滤波器，它的作用在于，它可以把电路中的特定频率以及线路进行有效的整合，从而对谐波进行到限制蔓延的作用，以达到消除工作。
        4.3加强新设备的运用
        关于电力谐波的预防和整治措施还要在新设备的运用力度上做出更好的提升，在细节工作上不断的创新。把好投运关，对具有谐波源的客户在申请用电时，根据谐波源和系统公用电网参数，进行谐波预测计算，对于超出允许值的客户，需采取限制谐波的措施，与用电设备同时投运，也就是说，对客户工程同时设计、同时施工、同时接入电网。新设备投运后，进行谐波实测复核，合格者才允许接网运行[5]。
        结束语
        在现阶段，电子产品广泛运用，大型工厂，商业大楼等的用户用电量巨大，电力系统更加复杂，这样随着经济的发展，在此基础上电力系统也带来了很大影响，这样电力系统的稳定性和可靠性需要更加得到保证，再这样的前提下，更需要消除谐波电力系统的影响，只有这样才能使得电力系统才能正常运行。
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(1):97．
［2］闫莉．谐波对继电保护的影响与应对策略［J］．科技风，2018，365(33):207
［3］程丰平，李杰，程祥群．浅议电力计量中电力谐波的影响与措施［J］．科学技术创新，2019(31):165－166．
［4］王雷．电力计量中电力谐波的影响与有效措施［J］．中国新技术新产品，2019(19):78－79．
［5］张兆云,林璞,王星华.交直流混合配电网继电保护研究综述[J].电力系统保护与控制,2019,47(05):179-187.