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摘要：在电力系统当中，非线性因素是产生谐波的主要因素。谐波不仅会严重恶化电能质量，更能够对电力系统中的各种电力设备造成很大的危害，最终降低整个电力系统的经济效益。对于继电保护设备而言，谐波会大幅度提高其保护误动与保护拒动的可能性，进而出现各种事故，面对日趋严重的谐波问题，研究谐波对继电保护的影响，有利于人们加深相关认识，并据此制定出有效的控制措施。
关键词：谐波；电力系统；继电保护；危害；谐波抑制
1. 前言
换相逆变设备和晶闸管整流设备等在钢铁工业、冶金工业、化工行业以及交通行业当中的大规模应用，使得当前的电力系统波形出现了非常严重的畸变，直接导致了电网的谐波污染。如果电力系统出现了故障或者事故，则电力系统的谐波分量便有可能被进一步地放大，造成更加严重的影响。面对日趋严重的谐波问题，我们只有认真研究电网谐波对继电保护的影响原理，才能够据此制定避免该影响的相关措施。在下文中，笔者就谐波对继电保护的影响及其对应的控制措施进行了分析和探讨。
2. 电网谐波及其对继电保护的影响
2.1 电网谐波
2.2 电网谐波对继电保护的影响分析
总体而言，危害电力系统的一次设备和二次设备，并对其正常工作状态产生较大干扰是电网谐波（谐波电压和谐波电流）负面作用的主要表现形式。对于继电保护而言，电网谐波则能够在很大程度上改变它的工作特性，使其出现拒动或者误动等问题，无法发挥其保护功用。但是因为市场上的继电器种类繁多，而且工作原理与设计性能均存在着一定的差异，这导致电网谐波对继电保护的具体影响程度存不同。举例来说，对于差动保护、高频保护等基于积分比相器原理的整流型继电保护设备，如果电网波形因为各种原因出现了谐波畸变，则过零检测出错的几率便会大幅度提升，进而导致保护动作不正确；但是对于电磁型继电器而言，电网谐波对它的影响则相对小很多，一般而言，只要电网谐波含量不超过40%，则电磁型继电器的整定值误差便会小于10%；同样的，对于动作速度较慢、可动部分惯性较大的感应型继电器而言，电网谐波对它的影响也相对小很多。对于技术含量较高的微机型继电保护设备，其硬件架构当中一般设置有滤波单元模块，同时在软件设计当中采用了数字化的滤波算法，能够在一定程度上面抵消电网谐波对其本身的不利影响；然而由于某些微机型继电保护设备采用了快速算法的高速保护模式，电网谐波对其本身产生的不利影响还是比较明显的。具体分析如下：
第一，谐波对于线路保护的影响。如果电力系统当中含有大量的谐波，并且线路保护采用了工频变化量或者相电流突变量作为起动元件，则收发信机或者是保护装置便非常可能因为谐波原因而出现拒动或者误动问题。对于保护中采用工频变化量阻抗的继电器，其保护动作很快，并谐波对它的影响也非常大，所以，在整定的时候应该合理考虑电力系统中数量较大的谐波含量。对于某些型号的继电保护设备，假如由于突变量起动元件的连续启动而导致程序长期处在振荡闭锁状态下，如果在这个时候出现了区内故障问题，则保护动作的快速性必然会受到影响。测距元件是距离保护中的重要元件之一，它的整定主要是根据变压器或者线路的基波而进行的。所以，如果发生电力故障的时候存在谐波电流，尤其是三次谐波，那么所测得的阻抗值相对于基波阻抗值必然会在着一定的误差情况，首次影响，动作区的边缘便有可能产生些许的误差。
第二，谐波对电网的影响。如果电力系统当中含有大量的谐波，那么二次系统的谐波容抗和感抗之间存在着出现串联谐振或者是并联谐振的问题，进而导致继电器正常的工作状态受到干扰，更有甚者二次回路的安全也会首次影响出现安全事故。
第三，谐波对变压器保护的影响。差动保护是变压器保护的主要形式，而差动保护一般均采用突变量作为起动判据。某些型号的保护的起动判据是相电流采样值的突变量，而某些型号的保护的起动判据是以半周积分算法为基础的相电流工频变化量，但是不论采用上述哪两种起动判据，均无法彻底地消除谐波对保护的不利影响，均有可能导致保护出现拒动或者误动问题。对于差动电流速断和比率差动保护，由于微机保护在VFC插件中都采用了滤波电路，在软件计算中采用了全周傅氏算法，具有较好的滤波特性。由于采用分相差动，穿越性的谐波分量对保护的影响不大。举例来说，通过对CST141B型差动保护实际加入含有50%的3次谐波的内部、外部故障电流进行试验，未发现误动和拒动。
3. 谐波对继电保护影响的控制措施
经过综合分析之后，有效控制谐波对继电保护不利影响的相关措施主要包括以下几点：
首先，为了防止二次系统的谐波感抗与容抗之间可能发生谐振，二次系统固有频率远离系统中含量较高整次谐波的频率，设计合理的消谐回路，抑制谐波引起的谐振过电压。其次，继电保护和自动装置应合理利用硬件滤波器和数字滤波软件，对进入TA、TV 二次侧的谐波量进行滤波处理，来预防谐波的干扰。再次，变压器差动保护中的差动继电器，利用速饱和变流器以及二次谐波制动；保护装置尽量不要选取对谐波敏感的元件或动作原理，例如采用弱电继电器、半波比相判断的方式以及过零点检测等等。最后，不得已情况下，灵敏系数能满足要求的情况下，提高整定动作值，但在多数情况下，会过分降低故障响应灵敏度，并不能完全避免谐波影响。
4. 结束语
电网谐波的危害是公认的：首先，电网谐波有可能导致电力自动装置与继电保护出现拒动或者误动问题，增加电力系统出现故障的几率；其次，电网谐波会有效增加电力设备的损耗进程，加速绝缘的老化，提高绝缘被击穿的可能性；最后，对电力系统的安全、可靠、稳定运行产生不利影响。所以，必须要充分重视电力系统谐波对继电保护的影响，采取切实有效的措施，确保电力系统运行的稳定性。
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论文作者:冯晓清
论文发表刊物:《电力设备》2016年第15期
论文发表时间:2016/11/3
标签：谐波论文; 电网论文; 继电保护论文; 电力系统论文; 继电器论文; 措施论文; 判据论文; 《电力设备》2016年第15期论文;