电力系统谐波对继电保护产生的影响及防范措施

随着电力系统的不断创新发展，各种新型的电子设备涌现出来，而社会生产与生活中非线性负荷正在与电网实现对接，并因此产生了谐波，严重制约电力系统与电网设备的正常运行，不利于电能质量的提高。在应用高压直流输电过程中，电力系统将会受到较为严重的谐波影响，如果系统波形产生的谐波分量发生故障，那么整个电力系统就会出现短路现象，电气设备处于不正常的运行状态。另外，谐波也加快了电力系统设备消耗的寿命，造成电线快速老化，发生绝缘问题；一旦发生谐波干扰问题，就可能引发继电保护或者自动装置的拒动问题，严重影响电力系统稳定运行［1］。因此，加强对电力系统中谐波污染的控制，可有效提升继电保护性能，具有一定研究价值。

1谐波及继电保护概述

“谐波”一词来自声学领域。从国际标准电工的定义来看，谐波处于一个周期电气量中，属于正弦波分量。一般谐波的频率可以达到基波的整数倍。近年来，随着专家学者对“谐波”的深入研究，将一些不是基波整数倍的频率定义为分数谐波，而将频率在工频以下的定义为次谐波。但是基于对继电保护产生的影响，以谐波为主。电力系统发生谐波问题的主要原因在于非线性负载，包括电弧设备、办公电子设备、电气化汽车等大量的非线性负荷与电力系统连接，都将对系统中的电压、电流造成影响，产生较高的谐波。而谐波的产生，既影响电能质量水平，也对电力系统的安全性、经济性运行造成威胁［2］。因此，当前谐波污染问题已经成为电力系统的一大公敌。

在电力系统中，继电保护具有极其特殊的作用与地位。如果电力系统运行的某个环节出现问题，则需要依靠继电保护系统将故障快速隔离，这样方可有效防范事态的进一步扩大，以此确保电力系统正常、稳定运行。继电保护装置的主要功能在于“检验状态”，根据设备中的状态检修参数进行试验与调整，及时发现故障隐患并发出报警信号。正确、合理地使用继电保护，将更好地防范电力系统故障损失，保障供电效率。但是在继电保护运行过程中，谐波问题不容忽视。

2谐波对继电保护产生的影响

如果电力系统中产生谐波，那么继电保护装置的性能及效果就会明显下降，甚至引发拒动、误动等问题。但是由于不同继电保护装置的工作原理、运行性能有所不同，因此受到谐波影响的程度也有所区别。

（1）对静态型继电设备的影响。在静态保护装置中，继电器可分为静态继电器与固态继电器两种模式。实际上，静电保护装置已经在抵抗谐波干扰方面产生较好的效果，因此当前受到广泛关注。结合相位比较原理，其中进行比较的两个交流电量，可以通过微分比相器与积分比相器来表现。由于谐波分量的客观存在，因此对比相器的正常运行产生影响；而积分式比相器中，半波积分比相器之间，主要进行正半周或者负半周的极性时间对比。对于进行比较的两个电量，其中任意一个具备谐波分量，那么一个完整的方波就会被切成若干碎块，此时电压达不到预期的电压值，触发器拒绝翻转；而微分式比相器则将两个交流电量分别转化为方波，然后利用微分电路形成的脉冲，将该方波与另外一个交流量产生的方波进行对比。但是由于存在谐波，因此就会产生若干个微分脉冲，加大交流量的过零点现象，也可能引发保护装置的误动作现象［3－4］。例如在进行相差保护时，如果发生短路而产生直流电量，并且与谐波分量进行叠加，此时半波比相器作出输出反应，造成保护误动。

（2）对整流型继电设备的影响。对于整流型机电设备来说，其主要特征在于整流输入的交流电，或者将若干个输入的交流量进行组合，然后再完成整流过程。对于继电器的动作特征，主要受到整流之后的电流信号以及相应动作判断。例如，具备两个电气量的环形整流比相器构成的抗阻电器中，如果谐波存在于电流回路中，那么它的动作过程不再呈现一个“圆形”，而是一个不规则的“曲线”，其中有大大小小不同的凹凸点，并且凹凸状况随着谐波含量的增加而趋向复杂；究其原因，如果谐波分量电流存在于电流回路中，那么此时在环形整流比相器中输出的交流分量有所增加，因此给继电器的动作造成影响。另外，如果输电线路出现短路问题，而电流中含有较大的谐波分量，也会对整流型保护装置产生影响，出现拒动现象。这就需要在设计继电保护装置过程中，充分考虑到谐波的问题［5］。

（3）对电磁型继电设备的影响。如果谐波的含量在40%以内，那么整定值的误差也将控制为10%以内。但是由于考虑到继电保护装置主要根据基波电压或者电流整定而设置，因此即使处于动态作用下，也不会产生较大影响［6］。当谐波存在时，电流继电设备就会出现保护误动；而电压继电设备中，由于动作值大于基波发生时的整定值，因此对过电压继电设备产生拒动，而对欠电压继电设备又可能产生误动。另外，如果在切投空载变压器过程中出现谐波，那么高次谐波分量就可能引起继电器的误动作，最终造成断路器跳闸［7］。

（4）对感应型继电设备的影响。对于感应型继电保护装置来说，可动部分的惯性相对较大，动作速度缓慢，因此谐波转矩并不会产生较大的影响作用。在磁场作用下，继电器中圆盘或者圆筒都会形成感应电流，而该电流又与空间中的另外一个磁场产生相互作用，最终形成电磁转矩，促使圆盘或者圆筒产生转动。以往电力系统运行的实践表明，如果输入电流中频率从50Hz提升到250Hz，那么继电器的灵敏度将受到极大影响，主要由于畸变电流中谐波分量在机电设备的磁盘中产生附加转矩，与电流中的谐波分量、基波分量等转矩总和持平，而谐波电

浅析电力系统谐波对继电保护产生的影响及防范措施

李大军

（冀北电力有限公司承德供电围场分公司，河北承德068450）

摘要：着重分析了电力系统谐波对继电保护产生的影响，并提出有效的防范措施，以确保电力系统持久运行。

关键词：电力系统；谐波；继电保护；影响；防范

电气工程与自动化◆Dianqigongcheng yu Zidonghua

18执行信息来确认遥控对象的正确性。若当前开关位置为合位，则先将其置为分位，进行“合控合”操作，再解除遥信置位，进行“合控分”操作。

遥控过程中“远方／就地”可切至就地位置。测控屏具备开关出口压板，没有闸刀出口压板，因此遥控试验时退出所有开关的遥控出口压板，断开全站遥控闸刀、地刀的电动机操作电源、闸刀遥控的操作电源。

3.3方案制定

根据以上分析，可以制定出不停电遥控流程如下：（1）厂站人员与主站人员核对变电站、间隔名称，双方确认变电站现场一次设备的实际状态，核对操作对象（按双重命名）和遥控序号。（2）主站人员在主站端对被控开关遥信取反，厂站人员在当地后台对被控开关遥信取反（以下流程中按开关实际为合位进行，若开关实际为分位原理相同，先进行分闸试验，再进行强制合闸及同期合闸试验。（3）取反后开关为分位，主站人员分别进行强制合闸及同期合闸遥控操作，厂站检修人员通过ToolBox 专用软件包连接测控装置查看记录对应遥控报文。厂站运行值班人员再在后台间隔图画面进行强制合闸及同期合闸遥控操作。厂站检修人员通过比对遥控报文确认遥控事件是否正确。（4）厂站人员查看测控装置，确认没有对应遥控事件出现，面板远方就地切换开关已正常对遥控命令进行闭锁。（5）主站人员恢复被控开关遥信到实际状态；厂站人员在当地后台恢复被控开关遥信到实际状态；开关实际为合位，主站人员进行分闸遥

控操作，厂站运行值班人员再通过当地后台画面对开关进行分闸遥控操作，并对比遥控报文确认遥控事件是否正确。（6）确认#1集中监控远动机实验正确后，由主站再切换到#2集中监控远动机，进行同样的试验。

4结语

变电站无人值班和集中监控运行模式是电力系统发展的重要方向。不停电遥控联调能够有效缩短无人值班改造和集中监控接入工程的建设时间，提高供电可靠性，具有显著的经济效益和社会效益，并对远动改造、总控改造等工程具有普遍的适用性。

［参考文献］

［１］赵维俊，石文江，王荣茂，等．集控中心建设中不停电进行遥控试验的方法．电力系统自动化，２００９（１０）

［２］梁运华，李琼．５００ｋＶ变电站无人值班改造遥控试验的新方法．湖南电力，２０１１（５）

［３］李雨舒，李明珍．无人值班变电站遥控常见故障的分析与处理．电力系统保护与控制，２００９（１８）

收稿日期：2012－08－07

作者简介：唐晓玲（1984—），女，浙江瑞安人，硕士研究生，工程师，研究方向：厂站自动化调试。

流的分量产生的转矩既可以是正值，也可以是负值［8］。因此，继电保护装置就可能出现误动或拒动现象。由此引发的后果大小主要由谐波分量有效值或者同次频率谐波之间相位差而决定。

3防范继电保护的若干建议

在电力系统运行中，如果谐波的含量较大，就容易引发继电保护装置的误动作或者拒动作现象，不利于整体运行稳定性与经济性。因此，对谐波问题加强重视，采取有效的防范措施，至关重要。有关谐波污染的治理技术，应与国家提出的相应标准一致，确保电力系统中所有用电设备产生的谐波都被控制在许可范围之内，如应用有源滤波器、无源滤波器或者无功补偿器等，便可以有效降低谐波量，减少产生的影响。具体可采取以下方法：（1）加强对电力系统谐波问题的重视，在选用继电保护类型时，尽量避开可能受到谐波影响的元器件，合理选择动作原理，例如过零点检测、弱电继电器等。（2）在变压器差动保护作用中，继电器应该选择速饱和变流设备，并采取二次谐波制动方法。（3）在电力的二次系统中，谐波感抗与容抗之间极易发生振谐问题，那么系统中的频率就应该避开谐波含量较大的频率带；另外，通过加设消谐回路，也可避免引发过电压现象。（4）在继电保护设备中设计硬件滤波器或者软件滤波器，对采样信号进行滤波处理，也可避免谐波干扰现象。

4结语

总之，我国各种非线性电力设备的应用，对电力系统造成极其严重的谐波威胁。因此，有针对性地分析谐波对不同继电保护装置产生的影响，采取必要的防范措施，可将谐波污染降到最低点，具有一定现实意义。加大谐波治理力度，可有效改善

供电品质，同时延长继电保护设备乃至整个电力系统的运行寿命，减少电磁对周边环境的污染，提高能量利用效率。但也要认识到，谐波问题涉及设备生产商、电力用户以及供电企业等若干环节，只有各方面加强协调与配合，重视谐波治理问题，才能真正创设一个良好的电网运行环境。

［参考文献］

［１］王艳，郭怀德，李小燕．电力系统继电保护及故障检测新方法［Ｊ］．煤炭技术，２０１２（２）

［２］余伟，马艳．谐波对继电保护装置影响的探讨及应用［Ａ］．第２届（２０１０）电力安全论坛论文集［Ｃ］，２０１０

［３］邰能灵，朱佳杰．小矢量算法在发电机继电保护中的应用分析［Ｊ］．电力系统自动化，２００６（１３）

［４］李亚红．关于电力系统继电保护的管理要点分析［Ｊ］．北京电力高等专科学校学报：自然科学版，２０１１（１２）

［５］丁卫东．继电保护中傅立叶与最小二乘算法的性能比较［Ｊ］．华北电力大学学报，２０１１（１）

［６］施计．电力自动化继电保护安全管理探讨［Ｊ］．价值工程，２０１２（４）［７］孙元章，杨军，张晓东，等．电力系统动态仿真中的继电保护模型［Ｊ］．电力系统自动化，２００９（２０）

［８］吴雄．试论电力系统继电保护的维护及前景［Ｊ］．城市建设理论研究，２０１２（８）

收稿日期：2012－08－10

作者简介：李大军（1968—），男，河北围场人，工程师，研究方向：电力系统。

Dianqigongcheng yu Zidonghua◆电气工程与自动化

（上接第17页）

19

机电信息2012年第33期总第351期