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时间:2018-01-07
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1、谐波对继电保护影响研究和抑制措施 【摘要】谐波对继电保护的危害是较大的,容易导致继电保护误动作或拒动作,为了确保继电保护的安全运行,必须要重视谐波的抑制。本文分析了谐波对继电保护的影响及危害,并提出了抑制对策,以提高继电保护安全稳定性,为电力系统保护工作提供借鉴。【关键词】谐波;继电保护;继电器;误动;拒动;抑制措施1.引言随着我国经济社会快速发展,社会对电力的需求越来越大,安全用电显得更加重要,因此,作为保障电网安全与稳定运行的继电保护技术必须加以重视。然而,近年来不断发展的电力系统以及出现的新型电气设
2、备,生产生活中越来越多的非线性负荷与电网接轨,这也直接给电力系统造成了严重的谐波污染,谐波极容易导致继电保护在某些情况下误动作或拒动作。为了提高电力系统继电保护的安全可靠,必须针对谐波问题,采取切实可行抑制谐波的对策,以确保电力系统的稳定运行。2.电网的谐波问题8谐波是非正弦周期交流量进行傅立叶分解,得到频率为基波频率整数倍的分量。一般认为是非线性负荷的用电方式产生了非正弦周期电流,该谐波电流在电网中产生谐波压降,也就形成了电网电压的畸变而出现谐波电压,称之为谐波“污染”。非线性负荷实际上是一种电能转换方式
3、用电,将标准的50Hz额定电压的交流电源转换为其他形式的电源,以适应不同的用电要求,其也是用电技术发展的体现。现以电网中广泛采用的三相不控整流器为例来分析谐波的特性,这种整流器普遍的应用于工业交直流变换、变频设备、城市轻轨和地铁行业中,以及目前的新兴产业电动汽车充电站中也采用此种整流器。它的原理是将电网三相交流电经过二极管整流变换为直流电,由于二极管的单向导通性,会使整流器交流侧的电流波形产生严重畸变,含有大量谐波。图1为三相不控整流器的实测a相电压电流波形,分析如下:将三相不控整流器交流侧的a相非正弦周期
4、电流进行傅立叶分解后可得:(-1)式中Id为整流后的直流电流平均值,由上式可得电流基波和各次谐波的有效值为:根据以上分析,三相不控整流器交流侧电流的主要谐波次数为6k±1,(k=1,2,3…),不含3的倍数次谐波,也不含有偶数次谐波,而且谐波的幅值与其次数成反比,即谐波次数越高,其有效值越小。这就说明了非线性负载对电网的谐波污染相当严重。8图1三相不控整流器交流侧电压电流波形3.谐波的影响场合分析电网谐波对继电保护的影响主要分为两方面:对输电线保护的影响和对变压器保护的影响分。3.1谐波对输电线保护的影响当
5、电网中谐波电流或谐波电流含量较大时,采用工频变化量或者相电流、相电压突变量作为起动元件的输电线保护就会出现问题,比如会使保护装置和收发信机不能正常起动。对于采用以突变量作为起动元件的继电器,当其受到谐波影响时,起动元件会不断起动,会使程序长时间处在振荡闭锁模块中,如果此时区内发生故障,将严重影响保护的快速性;对于采用以工频变化量作为起动元件的阻抗继电器,其动作速度较快,极易受到谐波电压、电流的影响。如果谐波含量大于限值,在进行整定时必须给予适当考虑。3.2谐波对变压器保护的影响工程中,变压器的差动保护一般以
6、突变量作为其起动判据,包括采用相电流采样值的突变量、基于半周积分算法的相电流工频变化量等,上述两者都不能完全消除谐波影响,可能导致变压器差动保护不正常起动。在变压器的差动电流速断和比率差动保护中,在微机保护的VFC插件中装设了滤波电路,而且在软件计算中采用了全周傅立叶算法,这样就极大的避免了谐波对保护的影响。8电网中的谐波既有正序谐波也有负序和零序谐波,对于负序和零序谐波对保护的影响与电力系统中的负序和零序分量相似。4.谐波对继电装置的影响分析4.1谐波对电磁型继电器的影响工程中的电磁型电流继电器以线圈内流
7、过的电流有效值作为判据,其动作转矩与电流有效值的平方成正比。此种方式有个较大的缺点,无论线圈内流过基波或谐波电流,都可以使继电器动作,所以谐波可能会使电流继电器误动作。电压继电器与电流继电器相比,其线圈匝数较多,阻抗也随之增大,当继电器感应到谐波电压时,如果动作值比基波时整定值大,过电压继电器可能拒动,欠电压继电器可能误动。与其它类型的继电器相比,电磁型继电器的响应时间较长,对整定值的误差要求也相当较低,在电网谐波含量较小时,谐波对其影响不大,但是如果谐波含量较大,而且衰减较慢,此时就会对电磁型继电器产生严
8、重影响,继电器误动造成电网事故。例如:变压器在空载状态下投切时,就会产生谐波含量很高的励磁涌流,以2次谐波为主的高次谐波会造成继电器误动。4.2谐波对感应型继电器的影响感应型继电器可动8部分惯性较大,谐波转矩对其影响不严重。在磁场的作用下,这种继电器的圆盘或圆筒将会产生电磁感应转矩,它会推动圆盘或者圆筒。工程运行经验表明;随着流入继电器频率的上升,其启动灵敏度降低,这是由于畸变电流中的谐波电流产生的附加谐波转矩造
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