電力系統(tǒng)諧波對繼電保護(hù)的影響

電力系統(tǒng)諧波對繼電保護(hù)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(shè)備的大力推廣，電力系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)了很多諧波，諧波對電力系統(tǒng)有非常嚴(yán)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(hù)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(hù)的影響，這樣才能保證電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的安全運(yùn)行，保證人們的電力需求。Keys：電力系統(tǒng)諧波；繼電保護(hù)；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(zhì)量，干擾電網(wǎng)的正常運(yùn)行，而且給繼電保護(hù)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(shè)中，由于所使用的設(shè)備比較單一，且線路結(jié)構(gòu)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(shù)，使得許多新的電氣設(shè)備得到推廣和應(yīng)用，電力系統(tǒng)中的非線性負(fù)荷明顯增加，諧波問題也日益嚴(yán)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(zhì)量降低，并影響電網(wǎng)的正常運(yùn)作[1]。電子設(shè)備和電力電子設(shè)備的推廣應(yīng)用，增加了變頻調(diào)速設(shè)備、工業(yè)電爐和電氣機(jī)車等非線性負(fù)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(hù)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(shè)備的壽命。通常電氣化鐵路、非線性負(fù)荷、風(fēng)電、光伏發(fā)電、汽車充電站等設(shè)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(fù)荷具有非線性、不對稱性和波動性的特點。在機(jī)車運(yùn)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(biāo)，而且電力機(jī)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(fēng)電場中產(chǎn)生諧波產(chǎn)生是因為輸入的風(fēng)力發(fā)電能量具有不確定性，而且有大量的整流和逆變設(shè)備，所以就會出現(xiàn)諧波。通過光伏組件，太陽能就會轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jī)裝置中，在模擬充電機(jī)上運(yùn)用Matlab進(jìn)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(fù)荷不對稱有關(guān)，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(shè)備，但是其實際運(yùn)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(hù)的影響靜態(tài)機(jī)電設(shè)備在電力系統(tǒng)中靜態(tài)機(jī)電設(shè)備的運(yùn)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(hù)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(shè)備運(yùn)行中諧波會對比相器的正常運(yùn)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(dá)不到預(yù)期電壓值，電壓就難以翻轉(zhuǎn)。而兩個交流帶電已經(jīng)轉(zhuǎn)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(hù)裝置誤動作，使得靜態(tài)機(jī)電設(shè)備受到影響。整流型機(jī)電設(shè)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(jī)電設(shè)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(fù)雜。因此，在整流型機(jī)電設(shè)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(jī)電設(shè)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(hù)裝置的基礎(chǔ)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(shè)備中出現(xiàn)了諧波，并發(fā)生誤動，在電壓機(jī)電設(shè)備中其動作值就會因為高于基波的整值而產(chǎn)生拒動。當(dāng)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(yán)重的系統(tǒng)事故。感應(yīng)型機(jī)電設(shè)備在感應(yīng)型繼電保護(hù)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(zhuǎn)矩的作用變小，對感應(yīng)型機(jī)電設(shè)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(zhuǎn)矩，此時在電磁轉(zhuǎn)矩的影響下圓盤或圓筒就會發(fā)生旋轉(zhuǎn)。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(shè)備中的磁盤會出現(xiàn)附加轉(zhuǎn)矩，當(dāng)轉(zhuǎn)矩與電流諧波分量和基波分量等轉(zhuǎn)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(fù)數(shù)，繼電保護(hù)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(fù)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(hù)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(shè)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(shè)備，并根據(jù)具體情況進(jìn)行選型；第二，可適當(dāng)?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(cè)的中性點再接地。此外，可以在電網(wǎng)中構(gòu)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(hù)可以正常工作。同時，在諧振源處，可以通過加裝一些濾波設(shè)備，減少進(jìn)入電網(wǎng)的諧振量，從根本上減少諧振對電網(wǎng)的影響。結(jié)束語近些年來，隨著電力電子設(shè)備在電力系統(tǒng)中得到大規(guī)模運(yùn)用，供配電系統(tǒng)日趨復(fù)雜，對保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的繼電保護(hù)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(hù)本身而言，應(yīng)盡量減少外界干擾。因此，對出現(xiàn)的故障和設(shè)備的不正常運(yùn)行應(yīng)及時處理，保證電力系統(tǒng)中的繼電保護(hù)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(hù)的影響與應(yīng)對[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新,2012,(028):64-64.[2]孔海波,石慶喜,馮德