電力系統(tǒng)諧波對繼電保護的影響

電力系統(tǒng)諧波對繼電保護的影響

Summary：近幾年來，在我國眾多高速發(fā)展產(chǎn)業(yè)中電力行業(yè)也占其中之一，因為人民對電力的需求在逐日增加，使得電力系統(tǒng)的作用越來越重要。而隨著電氣設備的大力推廣，電力系統(tǒng)運行中出現(xiàn)了很多諧波，諧波對電力系統(tǒng)有非常嚴重的危害，是電力系統(tǒng)的一種污染因素，影響著電力系統(tǒng)繼電保護的正常使用。而電力系統(tǒng)諧波存在的問題也愈演愈烈。因此，必須要了解電力系統(tǒng)諧波對繼電保護的影響，這樣才能保證電力系統(tǒng)繼電保護的安全運行，保證人們的電力需求。Keys：電力系統(tǒng)諧波；繼電保護；影響前言電力系統(tǒng)中諧波的存在，不僅降低了電力系統(tǒng)中的正弦波電壓質量，干擾電網(wǎng)的正常運行，而且給繼電保護的平穩(wěn)工作帶來了很大的麻煩。在以往的電力系統(tǒng)建設中，由于所使用的設備比較單一，且線路結構相對簡單，因此電力系統(tǒng)中的諧波并沒有為人們所重視。近些年來，快速發(fā)展的電力電子技術，使得許多新的電氣設備得到推廣和應用，電力系統(tǒng)中的非線性負荷明顯增加，諧波問題也日益嚴重。電力系統(tǒng)諧波電力系統(tǒng)諧波是指一個周期電氣量的正弦波分量，而基波頻率的整數(shù)倍就是其頻率，一般基波的頻率會低于諧波的頻率，所以又叫高次諧波。電力系統(tǒng)會受到諧波的影響，使得其電壓正弦波質量降低，并影響電網(wǎng)的正常運作[1]。電子設備和電力電子設備的推廣應用，增加了變頻調速設備、工業(yè)電爐和電氣機車等非線性負荷，電力系統(tǒng)中的諧波也就越來越多。而高次諧波的產(chǎn)生會增加維修工作量和電網(wǎng)損耗，容易產(chǎn)生干擾使保護和自動裝置誤動，計量器件也也會產(chǎn)生誤差，干擾無線電通訊系統(tǒng)，最終縮短電氣設備的壽命。通常電氣化鐵路、非線性負荷、風電、光伏發(fā)電、汽車充電站等設備中經(jīng)常會產(chǎn)生諧波，而電氣化鐵路是一個特殊的電力系統(tǒng)用戶，其負荷具有非線性、不對稱性和波動性的特點。在機車運行中非線性特征明顯，此時電力系統(tǒng)中就會出現(xiàn)大量的諧波電流，并成為最大的諧波源，3-13次的奇次諧波電壓中的含有率會出現(xiàn)不同程度的超標，而且電力機車開停頻繁，就會增大有功沖擊，使得出現(xiàn)電力系統(tǒng)電壓波動和閃變。在風電場中產(chǎn)生諧波產(chǎn)生是因為輸入的風力發(fā)電能量具有不確定性，而且有大量的整流和逆變設備，所以就會出現(xiàn)諧波。通過光伏組件，太陽能就會轉化為直流電力，并由直流監(jiān)測配電匯集到并網(wǎng)型逆變器中，轉化成電網(wǎng)同頻率同相位的正弦波電流，而這一逆變過程就會增大諧波污染。在充電機裝置中，在模擬充電機上運用Matlab進行諧波仿真計算，就會發(fā)現(xiàn)實測電流中有3次諧波，這與負荷不對稱有關，它會使得中性點偏移，并與中性點對地形成回路，最后就產(chǎn)生了3次諧波電流。電力系統(tǒng)的諧波源主要是可控硅的整流設備，但是其實際運行情況比較差，換流電抗和換相角不等于零，平波電抗器的感抗不會趨近無窮大，所以輸出直流就會有脈動，使得三相交流系統(tǒng)不具有對稱性，此時就會產(chǎn)生諧波。電力系統(tǒng)諧波對繼電保護的影響靜態(tài)機電設備在電力系統(tǒng)中靜態(tài)機電設備的運用比較廣，因為靜態(tài)繼電器對于降低諧波的影響有一定的作用。靜態(tài)保護裝置包括固態(tài)繼電器和靜態(tài)繼電器，兩個交流電量的相位比較比較是微分比相器和積分比相器的比較，而在電器設備運行中諧波會對比相器的正常運行產(chǎn)生影響。因此，在比較兩個電量時，如果其中一個具有諧波分量的條件就會切割方波，但是因為電壓達不到預期電壓值，電壓就難以翻轉。而兩個交流帶電已經(jīng)轉化成方波，在微分電路上形成脈沖，如果此時系統(tǒng)受到諧波的影響，微分脈沖就會增加。在增加交流電的情況下，就容易出現(xiàn)保護裝置誤動作，使得靜態(tài)機電設備受到影響。整流型機電設備以整流輸入交流電或幾個交流量最終整流而成的就是整流型機電設備，而其繼電器的動作原理是電流信號和動作判斷。如果某個電阻器擁有兩個電氣量的環(huán)形整流比相器，此時電流回路中出現(xiàn)諧波，其動作路徑就會改變，出現(xiàn)一個規(guī)則的圓弧，而諧波量的增加也使得曲線上的凹凸點更加復雜。因此，在整流型機電設備中出現(xiàn)諧波，電流回路中含有諧波分量電流，就會增加整流比相器輸出量的交流分量，并對繼電器的工作路徑產(chǎn)生影響。電磁型機電設備雖然整定值會受到諧波的影響，但是如果諧波含量在一定的范圍內(nèi)，就不會增加整定值的誤差。繼電保護裝置的基礎就是基波電壓或者電流整流，其動態(tài)作用的變化不會太大。但是如果繼電設備中出現(xiàn)了諧波，并發(fā)生誤動，在電壓機電設備中其動作值就會因為高于基波的整值而產(chǎn)生拒動。當然，也有可能是空載變壓器的切頭中出現(xiàn)諧波，此時在諧波分量的影響下繼電器也有可能產(chǎn)生誤動，造成斷路器跳閘的情形。因為電磁型繼電器對定值誤差的要求不高，所以如果諧波含量不超過10，其受到諧波的影響就比較小。但是如果諧波含量比較大，而且各次諧波衰減比較慢，出現(xiàn)電磁型繼電器誤動就會造成嚴重的系統(tǒng)事故。感應型機電設備在感應型繼電保護裝置中，其動作速度慢、慣性大，這樣就削弱了諧波的影響，使得諧波轉矩的作用變小，對感應型機電設備的影響小。但是如果因為磁場作用繼電器圓盤或圓筒中產(chǎn)生了電流，而另一個磁場的作用產(chǎn)生了電磁轉矩，此時在電磁轉矩的影響下圓盤或圓筒就會發(fā)生旋轉。如果此時輸入一定頻率，在畸變電流諧波分量的影響下繼電設備中的磁盤會出現(xiàn)附加轉矩，當轉矩與電流諧波分量和基波分量等轉矩的和相等時，繼電器的靈敏度就會降低。而且諧波分量包括整數(shù)和負數(shù)，繼電保護裝置中就可能出現(xiàn)誤動或拒動的情形。如果電力系統(tǒng)出現(xiàn)了諧波，三相諧波不相等也不對稱，負序濾波器就會加大諧波輸出，放大裂相回路對諧波的作用，增加整流出的直流脈動，出現(xiàn)保護誤啟動。消除系統(tǒng)中諧波的措施消除諧波的方法在電力系統(tǒng)中有很多，綜合來看，最有效的消除諧波的方法是從限制其震蕩過電壓的產(chǎn)生。首先，可以通過改變電網(wǎng)對互感器的感抗來阻止形成諧波的參數(shù)的出現(xiàn)；其次，在零序回路內(nèi)增加阻尼，從而限制諧波的出現(xiàn)和發(fā)展也是可行的方法?，F(xiàn)今，通常使用下面幾種設計方法消除系統(tǒng)中的諧波：第一，在電力系統(tǒng)中采用性能優(yōu)良的電氣設備，并根據(jù)具體情況進行選型；第二，可適當?shù)靥岣唠娋W(wǎng)的對地電容從而抑制諧波的產(chǎn)生；第三，確保中性點需要接地的地方通過消弧線圈后再接地；第四，先經(jīng)大電容或者經(jīng)電阻后互感器高壓側的中性點再接地。此外，可以在電網(wǎng)中構建諧振監(jiān)督系統(tǒng)，以了解諧振在各個時期的變化情況，并在軟、硬件方面提高系統(tǒng)的抗干擾能力，在整定計算中充分考慮諧振的因素，以確保繼電保護可以正常工作。同時，在諧振源處，可以通過加裝一些濾波設備，減少進入電網(wǎng)的諧振量，從根本上減少諧振對電網(wǎng)的影響。結束語近些年來，隨著電力電子設備在電力系統(tǒng)中得到大規(guī)模運用，供配電系統(tǒng)日趨復雜，對保證電力系統(tǒng)正常運行的繼電保護產(chǎn)生了極大的影響，諧波問題開始為人們重視。對于繼電保護本身而言，應盡量減少外界干擾。因此，對出現(xiàn)的故障和設備的不正常運行應及時處理，保證電力系統(tǒng)中的繼電保護能夠正常工作。Reference[1]趙建武,吳欣.淺談電力系統(tǒng)諧波對繼電保護的影響與應對[J].科學技術創(chuàng)新,2012,(028):64-64.[2]孔海波,石慶喜,馮德