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摘要：电力系统谐波是电力系统运行中的重要污染影响因素，在电力系统运行过程中，不仅对于电力系统各电压正弦波的质量有很大的不利影响，并且对于电网的正常运行也十分不利。进行电力系统谐波对于继电保护产生的影响作用的分析，有利于对于谐波对继电保护的不利影响进行控制，保证电力电网的正常稳定运行。本文主要通过对于电力系统谐波的分析，从电力系统谐波对于继电保护中变压器保护的影响，以及电力系统谐波对于继电线路保护、电网的影响等方面，进行电力系统谐波对于继电保护的影响分析与论述。
关键词：电力系统；谐波；继电保护；变压器；电网；影响；分析
中图分类号：TM41
随着社会经济与电力事业的不断发展，电力系统运行中，新型电气设备以及其它各种电力电子设备在电力系统运行中的应用越来越多，电力系统谐波问题也日益严重。电力系统运行过程中，电力电子设备运行产生的谐波电流以及电压，对于电力系统中的一次或者是二次设备的正常工作运行，有着很大的干扰和影响作用，对于电力系统中继电保护设备的工作运行特性也会产生较大的改变影响。因此，进行电力系统谐波对于继电保护产生的影响作用分析，对于抑制电力系统谐波对于继电保护产生的不利影响，保证电力系统的安全稳定以及正常运行，都有着积极的作用和意义。
1、电力系统的谐波与问题分析
在电力系统运行过程中，根据相关标准对于电力系统谐波的定义，认为电力系统中的谐波是指电力系统运行中一个周期电气量的正弦波分量，并且在通常情况下，电力系统谐波的频率与电力系统中基波频率之间是整数倍关系。在电力系统运行过程中，如果用T来表示电力系统中的工频周期，f来表示工频频率，同时，电力系统中相应的角频率就可以表示为ω，那么对于T周期的谐波信号则有如下（1）所示计算公式。
（1）
在上述计算公式中，对于T周期的谐波信号计算值，是通过该周期的谐波直流分量以及基波分量、n次谐波分量等参数计算得出的。
2、电力系统谐波对继电保护产生的影响分析
在电力系统运行过程中，电力系统中的谐波会由于谐波电流意义谐波电压的关系，对于电力系统中的一次或者是二次电力设备的正常工作运行产生干扰和影响作用，并且会对于电力系统中的继电保护设备的正常工作运行特性产生相应的改变影响，具体表现为导致电力系统继电器设备的动作特性发生畸变、或者是降低继电保护效果，从而致使继电保护装置在电力系统运行过程中发生拒动或者是误动的情况。需要注意的是由于电力系统中应用的继电器设备的性能以及工作原理类别有不同，因此，在实际运行应用中受到谐波的影响作用也会有不同。下文就以电磁型以及感应型、静态型、整流型继电器为例，分别就电力系统谐波对其的影响作用进行分析论述。
2.1 谐波对电磁型继电器的影响
在谐波含量小于40%时，其整定值误差将不会大于10%.但是由于继电器是按基波电压或电流整定的，因此，在动态情况下会有很大影响。对电流继电器而言，谐波存在时，将引起保护拒动；对电压继电器而言，当含有谐波的畸变电压作用于继电器时，动作值总是比基波时的整定值要大，因而对过电压继电器可能会拒动，对欠电压继电器却又可能会误动。如在投切空载变压器时会产生谐波含量很高的励磁涌流，高次谐波分量会造成继电器误动作而使断路器跳闸。
2.2 谐波对感应型继电器的影响
感应型继电器的可动部分惯性较大，动作速度慢，谐波转矩对其影响并不严重。在电力系统运行过程中，随着输入电流的频率由50 Hz增加到250 Hz时，继电器的起动灵敏度将降低，这是由于畸变电流中的谐波分量在继电器磁盘上产生了附加转矩所致。由畸变电流产生作用在继电器磁盘上的转矩等于该电流中基波分量和各次谐波分量产生的转矩总和，谐波电流分量产生的转矩可正可负，因而，继电器可能产生误动也可能产生拒动，其后果由各同次频率谐波间的相位差以及谐波分量的有效值而定。
2.3 谐波对静态型继电器的影响
静态保护所采用的继电器包括通称的静态继电器和固态继电器，在抗干扰和消除谐波影响方面具有较好的有效性。按相位比较原理构成的继电器，被比较的两个交流电量可用积分比相器或微分比相器来实现。由于谐波分量的存在，两种比相器的工作均受影响。对于积分式比相器，各半波积分比相器比较的分别是正半周或负半周极性相同的时间，当被比较的两个电量中任意一个含有谐波分量时，其方波被切成碎塊，导致积分电压达不到使其后面的触发器翻转所需要的电压值，从而造成保护拒动；对于微分式比相器，它把两个交流电量都变成方波，再将其中一个方波通过微分电路产生脉冲去与另一个交流量的方波进行比较，则因谐波的存在而出现多个不应有的微分脉冲，引起交流量过零点的机会增多，可能造成保护装置误动作。例如在相差保护中，短路时产生的直流分量与高次谐波分量叠加的结果，使半波比相器有输出，从而导致保护误动。为了防止装置误动作，可以采取两次比相与门输出的方法来实现。
2.4 谐波对整流型继电器的影响
整流型继电器的主要特点是将输入交流量进行整流，或者将几个输入交流量组合后进行整流，继电器的动作特性取决于整流后的电压信号（或电流信号）及其动作判据。以两个电气量的环形整流比相器回路构成的方向阻抗继电器为例进行分析。当电流回路中含有谐波分量时，其动作特性不再是一个圆，而是呈现为一个不规则的封闭曲线，有许多凹凸不平点。基本上每隔27c/n时有凹点（或凸点）出现，而且谐波含量越大，凹凸越厉害。主要是因为在电流回路通入含有谐波分量的电流时，环形整流比相器输出的交流分量增大，从而造成继电器动作特性破损不光滑。在某些情况下，如输电线路发生接地短路时，由于电流中谐波分量比较大，导致整流型保护装置拒动。因此，在设计这些继电器时，必须考虑到谐波的影响。
3、谐波对于继电保护影响的控制措施
根据上述电力系统谐波对继电保护产生的影响作用分析，在电力系统运行过程中，首先应注意依照相关的电力系统谐波标准，在对于电力系统谐波问题分析的基础上，采取有效的措施对于电力系统谐波进行抑制，避免电力系统谐波对电网的影响。比如，在电力系统以及设备装置中安装滤波装置等，都可以有效的进行电力系统谐波的抑制。其次，还可以通过在电力系统中增加设置相关的谐波监测与分析控制装置，建立比较完善的电力系统谐波监测系统，对于电力系统中的谐波进行检测控制，以减少对于电力系统的影响。最后，进行电力系统中谐波的抑制，还可以通过对于电力系统中谐波问题比较突出的系统装置与设备，比如继电保护装置设备等，加强对于该系统与设备的监视、管理，提高该设备装置自身的抗干扰性能等，进行谐波的抑制实施。
4、结束语
总之，电力系统谐波对于电力系统中电网的正常稳定运行有着很大的不利影响，尤其是对于电力系统中的继电保护设备工作运行特性有很大的影响，在实际电力系统运行中，应注意结合电力系统运行的具体情况，采取有效的措施进行控制与避免，保证电网系统的安全稳定运行实现。
参考文献
[1]吴国沛，刘育权，任震.电力系统谐波对继电保护的影响[J].电力自动化设备.2002（7）.
[2]黄恺，孙苓生.继电保护傅氏算法中滤除直流分量的一种简便算法[J].电力系统自动化.2003（4）.
[3]王小莉.谐波对继电保护的影响及抑制措施[J].中国电力教育.2011（30）.
关键词：电力系统；谐波；继电保护；变压器；电网；影响；分析
中图分类号：TM41
随着社会经济与电力事业的不断发展，电力系统运行中，新型电气设备以及其它各种电力电子设备在电力系统运行中的应用越来越多，电力系统谐波问题也日益严重。电力系统运行过程中，电力电子设备运行产生的谐波电流以及电压，对于电力系统中的一次或者是二次设备的正常工作运行，有着很大的干扰和影响作用，对于电力系统中继电保护设备的工作运行特性也会产生较大的改变影响。因此，进行电力系统谐波对于继电保护产生的影响作用分析，对于抑制电力系统谐波对于继电保护产生的不利影响，保证电力系统的安全稳定以及正常运行，都有着积极的作用和意义。
1、电力系统的谐波与问题分析
在电力系统运行过程中，根据相关标准对于电力系统谐波的定义，认为电力系统中的谐波是指电力系统运行中一个周期电气量的正弦波分量，并且在通常情况下，电力系统谐波的频率与电力系统中基波频率之间是整数倍关系。在电力系统运行过程中，如果用T来表示电力系统中的工频周期，f来表示工频频率，同时，电力系统中相应的角频率就可以表示为ω，那么对于T周期的谐波信号则有如下（1）所示计算公式。
（1）
在上述计算公式中，对于T周期的谐波信号计算值，是通过该周期的谐波直流分量以及基波分量、n次谐波分量等参数计算得出的。
2、电力系统谐波对继电保护产生的影响分析
在电力系统运行过程中，电力系统中的谐波会由于谐波电流意义谐波电压的关系，对于电力系统中的一次或者是二次电力设备的正常工作运行产生干扰和影响作用，并且会对于电力系统中的继电保护设备的正常工作运行特性产生相应的改变影响，具体表现为导致电力系统继电器设备的动作特性发生畸变、或者是降低继电保护效果，从而致使继电保护装置在电力系统运行过程中发生拒动或者是误动的情况。需要注意的是由于电力系统中应用的继电器设备的性能以及工作原理类别有不同，因此，在实际运行应用中受到谐波的影响作用也会有不同。下文就以电磁型以及感应型、静态型、整流型继电器为例，分别就电力系统谐波对其的影响作用进行分析论述。
2.1 谐波对电磁型继电器的影响
在谐波含量小于40%时，其整定值误差将不会大于10%.但是由于继电器是按基波电压或电流整定的，因此，在动态情况下会有很大影响。对电流继电器而言，谐波存在时，将引起保护拒动；对电压继电器而言，当含有谐波的畸变电压作用于继电器时，动作值总是比基波时的整定值要大，因而对过电压继电器可能会拒动，对欠电压继电器却又可能会误动。如在投切空载变压器时会产生谐波含量很高的励磁涌流，高次谐波分量会造成继电器误动作而使断路器跳闸。
2.2 谐波对感应型继电器的影响
感应型继电器的可动部分惯性较大，动作速度慢，谐波转矩对其影响并不严重。在电力系统运行过程中，随着输入电流的频率由50 Hz增加到250 Hz时，继电器的起动灵敏度将降低，这是由于畸变电流中的谐波分量在继电器磁盘上产生了附加转矩所致。由畸变电流产生作用在继电器磁盘上的转矩等于该电流中基波分量和各次谐波分量产生的转矩总和，谐波电流分量产生的转矩可正可负，因而，继电器可能产生误动也可能产生拒动，其后果由各同次频率谐波间的相位差以及谐波分量的有效值而定。
2.3 谐波对静态型继电器的影响
静态保护所采用的继电器包括通称的静态继电器和固态继电器，在抗干扰和消除谐波影响方面具有较好的有效性。按相位比较原理构成的继电器，被比较的两个交流电量可用积分比相器或微分比相器来实现。由于谐波分量的存在，两种比相器的工作均受影响。对于积分式比相器，各半波积分比相器比较的分别是正半周或负半周极性相同的时间，当被比较的两个电量中任意一个含有谐波分量时，其方波被切成碎塊，导致积分电压达不到使其后面的触发器翻转所需要的电压值，从而造成保护拒动；对于微分式比相器，它把两个交流电量都变成方波，再将其中一个方波通过微分电路产生脉冲去与另一个交流量的方波进行比较，则因谐波的存在而出现多个不应有的微分脉冲，引起交流量过零点的机会增多，可能造成保护装置误动作。例如在相差保护中，短路时产生的直流分量与高次谐波分量叠加的结果，使半波比相器有输出，从而导致保护误动。为了防止装置误动作，可以采取两次比相与门输出的方法来实现。
2.4 谐波对整流型继电器的影响
整流型继电器的主要特点是将输入交流量进行整流，或者将几个输入交流量组合后进行整流，继电器的动作特性取决于整流后的电压信号（或电流信号）及其动作判据。以两个电气量的环形整流比相器回路构成的方向阻抗继电器为例进行分析。当电流回路中含有谐波分量时，其动作特性不再是一个圆，而是呈现为一个不规则的封闭曲线，有许多凹凸不平点。基本上每隔27c/n时有凹点（或凸点）出现，而且谐波含量越大，凹凸越厉害。主要是因为在电流回路通入含有谐波分量的电流时，环形整流比相器输出的交流分量增大，从而造成继电器动作特性破损不光滑。在某些情况下，如输电线路发生接地短路时，由于电流中谐波分量比较大，导致整流型保护装置拒动。因此，在设计这些继电器时，必须考虑到谐波的影响。
3、谐波对于继电保护影响的控制措施
根据上述电力系统谐波对继电保护产生的影响作用分析，在电力系统运行过程中，首先应注意依照相关的电力系统谐波标准，在对于电力系统谐波问题分析的基础上，采取有效的措施对于电力系统谐波进行抑制，避免电力系统谐波对电网的影响。比如，在电力系统以及设备装置中安装滤波装置等，都可以有效的进行电力系统谐波的抑制。其次，还可以通过在电力系统中增加设置相关的谐波监测与分析控制装置，建立比较完善的电力系统谐波监测系统，对于电力系统中的谐波进行检测控制，以减少对于电力系统的影响。最后，进行电力系统中谐波的抑制，还可以通过对于电力系统中谐波问题比较突出的系统装置与设备，比如继电保护装置设备等，加强对于该系统与设备的监视、管理，提高该设备装置自身的抗干扰性能等，进行谐波的抑制实施。
4、结束语
总之，电力系统谐波对于电力系统中电网的正常稳定运行有着很大的不利影响，尤其是对于电力系统中的继电保护设备工作运行特性有很大的影响，在实际电力系统运行中，应注意结合电力系统运行的具体情况，采取有效的措施进行控制与避免，保证电网系统的安全稳定运行实现。
参考文献
[1]吴国沛，刘育权，任震.电力系统谐波对继电保护的影响[J].电力自动化设备.2002（7）.
[2]黄恺，孙苓生.继电保护傅氏算法中滤除直流分量的一种简便算法[J].电力系统自动化.2003（4）.
[3]王小莉.谐波对继电保护的影响及抑制措施[J].中国电力教育.2011（30）.