不斷發(fā)展的電力系統(tǒng)以及出現(xiàn)的新型電氣設(shè)備，生產(chǎn)生活中越來越多的非線性負(fù)荷與電網(wǎng)接軌。它們?cè)陔娋W(wǎng)中產(chǎn)生了大量的諧波，對(duì)電網(wǎng)設(shè)備和系統(tǒng)產(chǎn)生了嚴(yán)重的危害，降低了電能質(zhì)量，使經(jīng)濟(jì)效益受損，在高壓直流輸電的應(yīng)用中，電力系統(tǒng)諧波的問題尤為突出。系統(tǒng)波形的諧波分量在電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，或者電氣設(shè)備運(yùn)行在非正常工作狀態(tài)下時(shí)將進(jìn)一步增大。諧波會(huì)加快電力設(shè)備損耗，導(dǎo)致電線絕緣老化，最終可能使絕緣擊穿，設(shè)備損壞;受它的干擾，繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置也會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)或拒動(dòng)，發(fā)生故障，無法保護(hù)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。所以，了解諧波對(duì)繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置的影響，最大限度地抑制其影響，十分重要。

　　二、諧波的概述

　　(一)電力系統(tǒng)中的諧波

　　“諧波”即harmonic wavelength一詞起源于聲學(xué)，以下簡(jiǎn)稱(HW)。在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)電工定義中，HW是一個(gè)周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波的整數(shù)倍。近年來，一些學(xué)者又將不是基波整數(shù)倍頻率的分量定義為分?jǐn)?shù)HW，或稱為間HW，而將頻率低于工頻的間HW又定義為次HW。但在本文中，主要討論的是基波整數(shù)倍的HW，其它HW不作分析。在電力系統(tǒng)中，HW產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負(fù)載所致。目前由于大量非線性負(fù)荷的接入電力系統(tǒng)，例如可控硅整流裝置、電弧設(shè)備、電氣化機(jī)車、辦公電子設(shè)備等，當(dāng)這些設(shè)備連入電網(wǎng)后，將使系統(tǒng)中的電壓、電流產(chǎn)生高次HW。這些HW的出現(xiàn)將使電能質(zhì)量嚴(yán)重惡化，危及電力系統(tǒng)安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，并影響某些用戶的正常生產(chǎn)。目前國(guó)際上公認(rèn)，HW的“污染”是電力系統(tǒng)的公害。

　　(二)繼電保護(hù)的重要作用

　　一旦電網(wǎng)中的發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路等設(shè)備發(fā)生故障，繼電保護(hù)裝置就會(huì)自動(dòng)啟用，如果設(shè)備出現(xiàn)問題是短暫的，切除故障，重合后繼續(xù)供電，維持電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行，如果設(shè)備出現(xiàn)問題是持續(xù)的，切除故障后，采取一定措施繼續(xù)供電，仍能維持電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。因此，繼電保護(hù)在保障電力設(shè)備和電力系統(tǒng)安全運(yùn)行上發(fā)揮著重要作用。我們必須發(fā)揮好繼電保護(hù)作用，管理好繼電保護(hù)設(shè)備，提高繼電保護(hù)質(zhì)量。

　　三、諧波對(duì)繼電保護(hù)的影響

　　(一)諧波對(duì)電磁型繼電器的影響

　　當(dāng)HW含量小于百分之四十時(shí)，它的整定值誤差將不會(huì)大于百分之十，可是由于繼電保護(hù)裝置是按基波電壓或電流整定的，所以在非靜態(tài)的狀況下會(huì)產(chǎn)生一定的影響。HW存在時(shí),對(duì)電流繼電器而言將引起保護(hù)拒動(dòng)，當(dāng)含有HW的畸變電壓作用于繼電器時(shí)，電壓繼電器的動(dòng)作值總是比基波時(shí)的整定值偏高很多，所以對(duì)欠電壓繼電器可能會(huì)誤動(dòng)，對(duì)過電壓繼電器卻又可能會(huì)拒動(dòng)。特別是在投切空載變壓器時(shí)會(huì)產(chǎn)生HW含量很高的勵(lì)磁涌流，高次HW分量(主要是兩次HW)會(huì)造成繼電器誤動(dòng)導(dǎo)致斷路器立即跳閘。

　　(二)諧波對(duì)感應(yīng)型繼電器的影響

　　在磁場(chǎng)的作用下，感應(yīng)型繼電器中的圓盤或圓筒都將產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流和空間中另一磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，導(dǎo)致圓盤或圓筒轉(zhuǎn)動(dòng)。該類型的繼電器的可動(dòng)部分慣性較大,動(dòng)作速度慢，HW轉(zhuǎn)矩對(duì)其影響并不嚴(yán)重。據(jù)有關(guān)專家的測(cè)算顯示，受畸變電流中的HW分量在繼電器磁盤上產(chǎn)生了附加轉(zhuǎn)矩的影響，繼電器的起動(dòng)靈敏度隨著輸入電流的頻率由五十赫茲增加到二百五十赫茲時(shí)將逐漸變動(dòng)，尤其是三次HW和五次HW電流所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩對(duì)繼電器的靈敏度影響比較大，這是因?yàn)榛冸娏鳟a(chǎn)生作用在繼電器磁盤上的轉(zhuǎn)矩等于該電流中基波分量和各次HW分量產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩總和。因?yàn)镠W電流分量產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩可正可負(fù)，所以繼電器可能產(chǎn)生誤動(dòng)也可能產(chǎn)生拒動(dòng)，各同次頻率HW間的相位差以及HW分量的有效值決定了它的后果。

　　(三)諧波對(duì)整流型繼電器的影響

　　整流型繼電器的主要特點(diǎn)是將輸入交流量進(jìn)行整流，或者將幾個(gè)輸入交流量組合后進(jìn)行整流，繼電器的動(dòng)作特性取決于整流后的電壓信號(hào)(或電流信號(hào))及其動(dòng)作判據(jù)。基本上每隔兩∏/n時(shí)有凹點(diǎn)(或凸點(diǎn))出現(xiàn)，而且HW含量越大，凹凸越厲害。以兩個(gè)電氣量的環(huán)形整流比相器回路構(gòu)成的方向阻抗繼電器為例。進(jìn)行分析當(dāng)電流回路中含有HW分量時(shí)，其動(dòng)作特性不再是一個(gè)圓，而是呈現(xiàn)為一個(gè)不規(guī)則的封閉曲線有，許多凹凸不平點(diǎn)。在某些情況下，如輸電線路發(fā)生接地短路時(shí)，由于電流中HW分量比較大，導(dǎo)致整流型保護(hù)裝置拒動(dòng)。主要是因?yàn)樵陔娏骰芈吠ㄈ牒蠬W分量的電流時(shí)，環(huán)形整流比相器輸出的交流分量增大，從而造成繼電器動(dòng)作特性破損不光滑。因此在設(shè)計(jì)這些繼電器時(shí)必須考慮到HW的影響。

　　四、電力系統(tǒng)中諧波的消除方法

　　(一)限制諧波振蕩過電壓產(chǎn)生

　　對(duì)這個(gè)問題，可以從兩個(gè)方向加以解決，限制電網(wǎng)中HW振波過電壓，一方面在零序回路里增加阻尼，限制HW振的產(chǎn)生和發(fā)展，另一方面設(shè)法改變互感器的感抗或電網(wǎng)對(duì)地容抗，避免匹配成HW振參數(shù)。具體來講，主要有六種設(shè)計(jì)方式：一是在互感器開口三角繞組端口接阻尼電阻或消HW裝置;二是增加電網(wǎng)對(duì)地電容;三是電壓互感器高壓側(cè)中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地或經(jīng)大電容接地;四是選用性能好的電磁式電壓互感器，或改用電容式電壓互感器;五是電壓互感器中性點(diǎn)不接地;六是電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地。上面的這些設(shè)計(jì)各有特點(diǎn)，但從經(jīng)濟(jì)性、可靠性、使用效果和使用時(shí)是否方便等方面考慮，在互感器開口三角繞組端口接阻尼電阻或消HW裝置具有其它方法無法比擬的優(yōu)勢(shì)。

　　(二)互感器開口三角繞組端設(shè)置消諧裝置

　　通過瞬間斷續(xù)觸發(fā)接在電壓互感器開口的雙向可控硅，瞬間斷續(xù)短接電壓互感器開口三角，利用系統(tǒng)自身的零序電壓、零序電阻增加諧振回路阻尼、釋放HW振能量。事實(shí)上，在電壓互感器開口三角繞組端口接阻尼電阻消HW時(shí)，外接阻尼電阻越小消HW效果越好。為零時(shí)，效果最佳，雙向控硅瞬間斷續(xù)短接，就相當(dāng)于外接阻尼電阻等于零，還不影響其它自動(dòng)檢測(cè)裝置和繼電器的工作。這種裝置在實(shí)踐應(yīng)用中，可以使電流系統(tǒng)多頻率HW振問題得到比較好的解決。能及時(shí)檢測(cè)到HW并消除，同時(shí)分辨出HW振的頻率：可以區(qū)分HW振與電網(wǎng)接地故障;不影響其它自動(dòng)化裝置和繼電器的正常工作;設(shè)置簡(jiǎn)單方便，安全可靠，且不涉及電網(wǎng)一次設(shè)備;在無人值守的綜合自動(dòng)化變電站也適用。

　　結(jié)語(yǔ)

　　隨著越來越多的電力電子設(shè)備應(yīng)用于配電系統(tǒng)中，其給配電系統(tǒng)帶來的不良的影響，尤其是對(duì)繼電保護(hù)的影響和可能產(chǎn)生的HW諧振、HW放大現(xiàn)象，必然會(huì)引起相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域人員越來越多的關(guān)注;除此以外，在配電系統(tǒng)中的任何一種“改變”，如加裝用于提高供、配電電能質(zhì)量的電力電子設(shè)備等，都會(huì)或多或少的改變系統(tǒng)的阻抗結(jié)構(gòu)，從而引起電壓、電流及等效阻抗的變化，因此，對(duì)繼電保護(hù)本身而言，其動(dòng)作性能應(yīng)該不受外界干擾，且其自身具備正確區(qū)分正常、故障及不正常運(yùn)行狀態(tài)的能力，這也是一種必然的發(fā)展趨勢(shì)。

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