付美贤
（珠海电力设计院有限公司 广东省珠海市 519000）
摘要：电力谐波对电网所造成的危害巨大，已成为威胁电力系统与用电设备安全运行的“电力公害”。文章通过对电力谐波进行解析，对其产生的来源及其原因进行介绍，分析电力系统谐波对继电保护自动装置的影响，并提出降低电力谐波的防治措施，保障电力系统的正常运行。
关键词：电力系统；谐波；继电保护
0引言
随着电力电子技术的日益创新，电力谐波这一现象产生的影响也越来越大，俨然已成为威胁电网与电气设备正常运行的“电力公害”。分析电力谐波的来源、危害及其如何降低电力谐波所造成的危害，是电力企业的当务之急。做好电力谐波的防治工作，确保电网正常运行，更是电力企业提高经济效益的方法之一。
1电力系统谐波概述
在整个电力系统工程中，谐波被认为是一定形态下工频整数倍数的结构模型，在各类暂态变化中，其产生机理是借助大容量电力换流过程以及各类非线性负荷引起，整个畸变电流具体可以分解为基波、谐波电流分量元素。在这种条件下的基波电压与供电架构的内部抵抗功能几乎毫无关联。按照目前电力架构形态研究，尤其当变压设备处于正常工作状态时，各类分散隐患不会引起系统电压的波动反应，如若短路状况莫名滋生，就会使得正常工作条件逐渐散去，而后便积压一定数量的谐波含量效应。
谐波与直流分量、谐波的角频率、幅值和相位等因素都有直接的关系，任何因素发生变化都会导致谐波的影响力、影响范围等发生改变，在实践中人们发现谐波的产生对电网、电力设备、用电设备等各方面都会产生影响。在电网方面，首先，通过对实际案例的分析总结，人们发现谐波既能降低电网中继电保护装置保护动作的灵敏性，又能影响其准确性，导致继电保护装置在谐波含有率不足10%或超出40%的情况下无法真正的实现继电保护的作用，使电网的危险性增加。其次，电网中的电流波在谐波压降作用下会发生变形，容易导致电网意外烧毁;再次同频率范围谐波电压、电流将产生有功功率，使电网的电压缩减，影响电网的正常运行。在供电设备方面，容抗被谐波降低，导致谐波电流相比谐波电压的波形变化更明显，致使电容器超负荷运作，使供电设备在运作的过程中损坏的几率上升，对其构成威胁。在用电设备方面，异步电动机在谐波的作用下电动机的附加损耗会明显上升而所产生的力会被严重的制约，不仅影响设备的使用寿命，也会增加能耗;而对于配电用断路器，其在谐波作用下表面温度会不断升高，在实际情况未达到熔断温度的情况下发生熔断现象。
2电力系统谐波对继电保护自动装置的影响
2.1对电磁型继电器的影响
当谐波出现时，将会引发电流继电器保护拒动，一旦继电器处于谐波畸变电压作用，其基波的整定值就会比动作值低很多，这样一来就会出现过电压器拒动情况，导致误动作出现。如果在此时投切空载变压器，也会出现较高的谐波励磁通流，致使继电器发生误动，出现断路器并发生跳闸情况。
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2.2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。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结果产生影响。
2.3对整流型继电器的影响
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。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。一旦电流回路中存在谐波分量电流，那么就会增加交流分量在环形整流比相器中的输出量，进而影响继电器的动作。
2.4对静态型继电器的影响
在静态保护装置中继电器包括两种模式，分别为固态继电器和静态继电器。根据相位比较原理，微分比相器和积分比相器表现于两个交流电量的比较。实际当中谐波分量是客观存在的，所以会影响比相器的正常运行。两个电量进行比较，如果有一个满足具备谐波分量的要求，那么需要将方波进行切割，触发器此时由于电压不满足预期电压要求所以不会翻转。而两个电流在微分式比相器中分别转化成方波，通过微分电路变成脉冲，对比另一个交流量产生的方波和这个方波。但在存在谐波的情况下就会有若干个微分脉冲产生，保护装置也可能在加大交流量的过零点现象作用下产生误动作。
3电力系统中谐波控制措施
3.1抑制直流电弧炉所带来的谐波
应该从源头出发抑制直流电弧炉所带来的谐波污染，从源头开始，就是在系统中接入电弧炉后，就需要将合理的接入点选择出来，同时，需要有足够大的接入点系统短路容量。由于电网有着较大的短路容量，这样就会有较强的谐波承受能力，而且，还可以将小额定值的滤波器装设在接入点附近，将无源滤波器配置于其中。
3.2安装滤波器及静止无功补偿装置
现阶段所应用的滤波器分为无源与有源两种，前者是通过将串联或并联L、C的滤波器连接在变压器二次侧出口，使其产生与谐波相对应的谐振，滤波器两侧的电压在谐波发生时几乎消失，缩减变压器一次侧谐波分量，但在应用的过程中需要考虑电网抗阻和运行状态对补偿实际效果的干扰，而且当并联应用与滤波器形成并联谐振会加大谐波的危害性，对滤波器的使用性能构成直接的威胁，所以前者的实际应用范围受到严重的限制;而后者是在谐波电流从补偿对象上已经检测出后，利用补偿装置生成与其大小相同但极性相反的补偿电流，使基波分量这种不会产生实际影响的因素生成，此种滤波器受电网抗阻的影响较小，所以应用范围较大。而针对在工业生产中应用的轧钢机等非线性冲击负荷设备产生的随机谐波，应针对行的安装静止无功补偿装置，使供配电系统整体抗谐波能力得到提升。
3.3研究新技术
当前最新研制的继电保护装置，即微机保护装置中大多使用的是32位的高性能处理器，即DSP，其系统指标得到了非常大的提升，具体采样点数也能够达到30点/周波甚至以上，大多数情况下能够非常精准地对电网当中所包含的各个主要谐波的具体成分进行测量，能够很好地消除由于频率混叠对整个数字式继电保护设备所造成的不良影响。不过当前的社会情况下，大量使用中的保护装置都是在16位的CPU基础上运行的，因此谐波污染的现状依然不容小觑，尤其是工业企业部门以及电气化铁道部门当中，更应该重视电网谐波所形成的潜在威胁。如今在电力生产的过程当中，技术人员为了能尽最大可能降低谐波影响继电保护设备的负面影响，通常在选购继电设备的时候就会选择谐波影响相对较小的元器件；另外在变压器差动保护当中，对于继电器则选择变流器以及速饱制动联合的模式；电力系统当中，促进谐波容抗以及谐波感抗之间形成谐振。
4.结束语
谐波的危害逐渐突显，对继电保护自动装置产生严重的影响，所以真对谐波产生的原因进行有针对性的治理具有重要的意义，是电力系统运行、经济发展的必然选择。谐波治理面临诸多困难，非线性负荷每时每刻都在发生着变化，如电弧炉、中频炉在出炉时会停运，在熔化和冶炼过程中，出力又有变化，而目前有源滤波器尚未全面推广。谐波的治理任重道远，还要求我们加强监测，争取将电网内部无功功率补偿问题解决，避免阶段成本的堆积现象，最终维持产业可持续发展优势。
参考文献
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[3]刘娟.试析智能电网对继电保护发展的影响[J].城市建设理论研究：电子版,2013（26）
论文作者:付美贤
论文发表刊物:《电力设备》2016年第12期
论文发表时间:2016/8/26
标签：谐波论文; 电网论文; 继电器论文; 电流论文; 电力论文; 滤波器论文; 分量论文; 《电力设备》2016年第12期论文;