摘要：谐波对电力系统继电保护有很大危害，严重影响电力系统的安全运行，给电力企业和用电用户都带来了很大的影响。为此，文章从谐波基本情况入手，结合导致谐波出现的原因，深入研究谐波对继电保护产生的影响，并提出电力系统中谐波的抑制方法，以供参考。
关键词：电力系统；谐波；继电保护
1电力系统谐波简述
1.1谐波的概述
谐波（HW）最早出现与声学领域，从国际电工定义中可以得知，它属于周期性电气量正弦波分量，它的频率是基波的整数倍。对于发生畸变波形的研究以傅里叶变换最有代表性。在傅里叶变换中，对于其周期电流的畸变与电压波形展开以后可以得到以下公式：
式中：IK——第h次谐波电流有效值；
θk——第h次谐波电流的相位；
VK——第h次谐波电压有效值；
φk——第h次谐波电压的相位；
wo——基波角频率；
K——所研究的最高次谐波的阶数
1.2电力系统中导致谐波出现的原因
虽说电力系统中的谐波问题比较严重，但是这里所说的电力系统并不是指全部而是有所特指，谐波问题通常都出现在汽车充电站以及电气化铁路的设备中。尤其是电气化铁路作为电力系统的用户里比较特殊的一个，其总体的波动是相对比较大的，因为它与其他的负荷情况有差异，而且包含了一定的不对称性及非线性。一般来说机车在运行的过程中非线性往往就会体现得比较明显并且电力系统中会被注入很多的谐波电流，而这便是电力系统中产生谐波的最大来源。除此之外，机车的运行过程也是在不断地开停，在这种情况下就使得有功冲击能力得到提升，进而导致出现电压波动或者闪变的情况。而最主要的出现谐波的原因还是与可控硅整流设备密不可分的，通常在实际的运行过程中这种设备并不能达到比较良好的状况，而且在一定情况下会使得平波电抗器能力降低，由此在输出的电流中就会存在脉动，这样就使得三相交流系统的对称性很难得到实现，而谐波就在这种状况下得以产生。
2电力系统谐波对继电保护的影响
2.1对整流型继电器的影响
对于整流型继电器而言，主要有以下特点：在这一过程中基本是将交流领组合在一起实现整流目标，或对其中的一个交流量整流。经过整流的电压信号和动作通常会影响到继电器动作性质。一般以两个电气量为例，在一个电流回路中代用谐波分量，那么它的动作特性就会不再以圆形出现，而是以不规则封闭曲线呈现出来，同时在曲线中带有很多凹凸点。如当输电线路出现短路情况以后，电流中的谐波分量就会逐渐增大，整流型保护装置也会出现拒动情况。之所以会出现这种情况，主要在于电流回路中进入了谐波分量，导致环形整流分量增大，正也会使继电器动作受到很大影响。所以，在继电器设计阶段一定要将谐波纳入影响范畴。
2.2对电磁型继电器的影响
通常电磁型继电器的整定都是依据的电流或者基波电压，所以在处于动态情况时会受到谐波比较大的影响。当谐波存在的时候，往往欠电压继电器非常有可能产生误动的情况，过电压继电器会产生拒动的情况，而电流继电器则主要是会产生拒动。在某些特定情况下产生较高的谐波含量时，还会因为继电器误动而导致断路器出现跳闸情况。
2.3对静态型继电器的影响
在静态保护当中，一般主要是由静态式继电器充当主要的继电保护设备，并且把无机械运动当做主要的电子器构件，能够将电力系统谐波所造成的不利影响消除掉。同时，在静态式继电保护装置当中存在着两种类型的交流电量，在在进行比较之时可以使用比相器进行完成。例如，在对继电保护装置的相差保护进行研究之时，一旦发生短路的现象，就会致使直流分量现象的出现，在这一过程当中也会伴随着较高层次的谐波，从而导致继电保护装置发生误动作。
图1在同时间中含有谐波的波形过零点示意图
2.4对感应型继电器的影响
当感应型继电器处于磁场环境中，其中的圆筒就会受到感应电流影响，同时感应电流将与设备另一磁场发生作用，导致电磁转矩出现，这时感应型继电器中的圆筒就会转动起来，由于这种继电器可以变动的部分惯性较大，但速度较慢，使得谐波转矩对其影响也很小。据权威人士介绍，那些受到畸变电力影响的谐波对继电器转矩影响较大，继电器的启动灵活性也会随着降低，这主要是由于受到了畸变电流的影响，降低了其转矩能力。同时，由于谐波电流分量不仅有正值转矩，还有负值转矩，这样一来就使继电器很容易出现误动作。与此同时，谐波分量有效值和谐波相位差也会对着一结果产生影响。此外，由于继电器受到谐波影响，还会导致过零点数目增加，致使继电器实际作用时间比规定时间小很多（如图1所示）。随着完整波数量的不断增多，继电器作用点出现错误的机率也会随之增加。因此，在设计阶段应给予足够重视。
3电力系统中谐波的抑制方法
（1）加装无源滤波器：无源滤波器由L、C、R元件构成谐波共振回路，当LC回路的谐波频率和某一次高次谐波电流频率相同时，即可阻止高次谐波流入电网。无源滤波器特点是投资少、频率高、结构简单、运行可靠及维护方便。无源滤波器缺点是滤波易受系统参数的影响，对某些次谐波有放大的可能、耗费多、体积大。
（2）加装有源滤波器：有源滤波器通过对电流中高次谐波进行检测，根据检测结果输入与高次谐波成分具有相反相位电流，达到实时补偿谐波电流的目的。与无源滤波器相比具有高度可控性和快速响应性。且可消除与系统阻抗发生谐振危险。也可自动跟踪补偿变化的谐波。但存在容量大，价格高等特点。
（3）加装无功功率静止型无功补偿装置：对于大型冲击性负荷，可装设无功功率的静止型无功补偿装置，以获得补偿负荷快速变动的无功需求，改善功率因数，滤除系统谐波，减少向系统注入谐波电流，稳定母线电压，降低三相电压不平衡度，提高供电系统承受谐波能力。
（4）供电线路分开：因电源系统内有阻抗，所以谐波负荷电流将造成电压波形的谐波电压畸形。把产生谐波的负荷的供电线路和对谐波敏感的负荷供电线路分开，使非线性负荷产生的畸变电压不会传导到线性负荷上去。
（5）相数倍增法抑制谐波：通过相数倍增法可消除部分次谐波，对于电力系统当中已接入的非线性器件而言，通常是有效利用器件的非线性实现抑制谐波的目的；而不能通过减小或者是消除这些非线性来实现对谐波的抑制。
4结束语
综上所述，随着社会时代以及科技的发展，越来越多的新型电子设备逐渐被应用到电力系统当中，使得电力系统中出现了大量的谐波，对于继电保护装置的安全运行造成了不利的影响，致使电力系统应用的作用无法得到充分的发挥，影响着用户正常的用电需求。因此，电力企业需要加强对电力系统谐波的处理工作，提高电力系统谐波对继电保护装置影响的认识，根据谐波对继电保护的相关影响，制定切实可行的措施加以解决，确保电力系统的正常运行。
参考文献：
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[2]李大军.浅析电力系统谐波对继电保护产生的影响及防范措施[J].机电信息，2012，33：18-19.
[3]谢鹏.电力系统中谐波对继电保护的影响[J].企业科技与发展，2011，21：54-56.
论文作者:邢红颖
论文发表刊物:《电力设备》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/19
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