陈超
国网大庆供电公司项目管理中心 黑龙江大庆 163000
摘要：近几年来，在我国众多高速发展产业中电力行业也占其中之一，因为人民对电力的需求在逐日增加，使得电力系统的作用越来越重要。而随着电气设备的大力推广，电力系统运行中出现了很多谐波，谐波对电力系统有非常严重的危害，是电力系统的一种污染因素，影响着电力系统继电保护的正常使用。而电力系统谐波存在的问题也愈演愈烈。因此，必须要了解电力系统谐波对继电保护的影响，这样才能保证电力系统继电保护的安全运行，保证人们的电力需求。
关键词：电力系统谐波；继电保护；影响
前言
电力系统中谐波的存在，不仅降低了电力系统中的正弦波电压质量，干扰电网的正常运行，而且给继电保护的平稳工作带来了很大的麻烦。在以往的电力系统建设中，由于所使用的设备比较单一，且线路结构相对简单，因此电力系统中的谐波并没有为人们所重视。近些年来，快速发展的电力电子技术，使得许多新的电气设备得到推广和应用，电力系统中的非线性负荷明显增加，谐波问题也日益严重。
1.电力系统谐波
电力系统谐波是指一个周期电气量的正弦波分量，而基波频率的整数倍就是其频率，一般基波的频率会低于谐波的频率，所以又叫高次谐波。电力系统会受到谐波的影响，使得其电压正弦波质量降低，并影响电网的正常运作[1]。电子设备和电力电子设备的推广应用，增加了变频调速设备、工业电炉和电气机车等非线性负荷，电力系统中的谐波也就越来越多。而高次谐波的产生会增加维修工作量和电网损耗，容易产生干扰使保护和自动装置误动，计量器件也也会产生误差，干扰无线电通讯系统，最终缩短电气设备的寿命。
通常电气化铁路、非线性负荷、风电、光伏发电、汽车充电站等设备中经常会产生谐波，而电气化铁路是一个特殊的电力系统用户，其负荷具有非线性、不对称性和波动性的特点。在机车运行中非线性特征明显，此时电力系统中就会出现大量的谐波电流，并成为最大的谐波源，3-13次的奇次谐波电压中的含有率会出现不同程度的超标，而且电力机车开停频繁，就会增大有功冲击，使得出现电力系统电压波动和闪变。在风电场中产生谐波产生是因为输入的风力发电能量具有不确定性，而且有大量的整流和逆变设备，所以就会出现谐波。通过光伏组件，太阳能就会转化为直流电力，并由直流监测配电汇集到并网型逆变器中，转化成电网同频率同相位的正弦波电流，而这一逆变过程就会增大谐波污染。在充电机装置中，在模拟充电机上运用Matlab进行谐波仿真计算，就会发现实测电流中有3次谐波，这与负荷不对称有关，它会使得中性点偏移，并与中性点对地形成回路，最后就产生了3次谐波电流。电力系统的谐波源主要是可控硅的整流设备，但是其实际运行情况比较差，换流电抗和换相角不等于零，平波电抗器的感抗不会趋近无穷大，所以输出直流就会有脉动，使得三相交流系统不具有对称性，此时就会产生谐波。
2.电力系统谐波对继电保护的影响
2.1静态机电设备
在电力系统中静态机电设备的运用比较广，因为静态继电器对于降低谐波的影响有一定的作用。静态保护装置包括固态继电器和静态继电器，两个交流电量的相位比较比较是微分比相器和积分比相器的比较，而在电器设备运行中谐波会对比相器的正常运行产生影响。因此，在比较两个电量时，如果其中一个具有谐波分量的条件就会切割方波，但是因为电压达不到预期电压值，电压就难以翻转。而两个交流带电已经转化成方波，在微分电路上形成脉冲，如果此时系统受到谐波的影响，微分脉冲就会增加。在增加交流电的情况下，就容易出现保护装置误动作，使得静态机电设备受到影响。
2.2整流型机电设备
以整流输入交流电或几个交流量最终整流而成的就是整流型机电设备，而其继电器的动作原理是电流信号和动作判断。
如果某个电阻器拥有两个电气量的环形整流比相器，此时电流回路中出现谐波，其动作路径就会改变，出现一个规则的圆弧，而谐波量的增加也使得曲线上的凹凸点更加复杂。因此，在整流型机电设备中出现谐波，电流回路中含有谐波分量电流，就会增加整流比相器输出量的交流分量，并对继电器的工作路径产生影响。
2.3电磁型机电设备
虽然整定值会受到谐波的影响，但是如果谐波含量在一定的范围内，就不会增加整定值的误差。继电保护装置的基础就是基波电压或者电流整流，其动态作用的变化不会太大。但是如果继电设备中出现了谐波，并发生误动，在电压机电设备中其动作值就会因为高于基波的整值而产生拒动。当然，也有可能是空载变压器的切头中出现谐波，此时在谐波分量的影响下继电器也有可能产生误动，造成断路器跳闸的情形。因为电磁型继电器对定值误差的要求不高，所以如果谐波含量不超过10，其受到谐波的影响就比较小。但是如果谐波含量比较大，而且各次谐波衰减比较慢，出现电磁型继电器误动就会造成严重的系统事故。
2.4感应型机电设备
在感应型继电保护装置中，其动作速度慢、惯性大，这样就削弱了谐波的影响，使得谐波转矩的作用变小，对感应型机电设备的影响小。但是如果因为磁场作用继电器圆盘或圆筒中产生了电流，而另一个磁场的作用产生了电磁转矩，此时在电磁转矩的影响下圆盘或圆筒就会发生旋转。如果此时输入一定频率，在畸变电流谐波分量的影响下继电设备中的磁盘会出现附加转矩，当转矩与电流谐波分量和基波分量等转矩的和相等时，继电器的灵敏度就会降低。而且谐波分量包括整数和负数，继电保护装置中就可能出现误动或拒动的情形。如果电力系统出现了谐波，三相谐波不相等也不对称，负序滤波器就会加大谐波输出，放大裂相回路对谐波的作用，增加整流出的直流脉动，出现保护误启动。
3.消除系统中谐波的措施
消除谐波的方法在电力系统中有很多，综合来看，最有效的消除谐波的方法是从限制其震荡过电压的产生。首先，可以通过改变电网对互感器的感抗来阻止形成谐波的参数的出现；其次，在零序回路内增加阻尼，从而限制谐波的出现和发展也是可行的方法。现今，通常使用下面几种设计方法消除系统中的谐波：第一，在电力系统中采用性能优良的电气设备，并根据具体情况进行选型；第二，可适当地提高电网的对地电容从而抑制谐波的产生；第三，确保中性点需要接地的地方通过消弧线圈后再接地；第四，先经大电容或者经电阻后互感器高压侧的中性点再接地。此外，可以在电网中构建谐振监督系统，以了解谐振在各个时期的变化情况，并在软、硬件方面提高系统的抗干扰能力，在整定计算中充分考虑谐振的因素，以确保继电保护可以正常工作。同时，在谐振源处，可以通过加装一些滤波设备，减少进入电网的谐振量，从根本上减少谐振对电网的影响。
结束语
近些年来，随着电力电子设备在电力系统中得到大规模运用，供配电系统日趋复杂，对保证电力系统正常运行的继电保护产生了极大的影响，谐波问题开始为人们重视。对于继电保护本身而言，应尽量减少外界干扰。因此，对出现的故障和设备的不正常运行应及时处理，保证电力系统中的继电保护能够正常工作。
参考文献
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[2]孔海波,石庆喜,冯德品.电力系统谐波对继电保护的影响探究[J].山东工业技术,2015(20):182-183.
[3]何翠,卢志强.电力系统谐波对继电保护的影响分析[J].广西工学院学报,2004.
[4]陈震.有关电力系统谐波对继电保护的影响分析[J].中国新技术新产品,2012,(024):75-76.