摘要：目前，我國大部分10Kv配電室均采用微機繼電保護設備進(jìn)行相應保護。日前，北京市京海杰物業(yè)工程供電局做繼電保護實(shí)驗，出現測試儀輸出電流與微機綜合保護裝置保護采樣電流之間出現較大差值，以此為依據找導致出現上述現象的根源—諧波。
關(guān)鍵詞：繼電保護 保護電流 電源不穩定 諧波
一、概述：RC3000系列微機保護測控裝置產(chǎn)品被廣泛應用于北京市的國防、軍事、醫用、改造、科研、民建等項目，日前在與北京海淀供電局在北京市京海杰物業(yè)工程做繼電保護試驗中，出現測試儀輸出電流與微機綜合保護裝置保護采樣電流之間出現較大差值，針對這一突發(fā)的現象，公司領(lǐng)導高度重視，專(zhuān)門(mén)組織專(zhuān)案處理小組針對此問(wèn)題進(jìn)行突擊，經(jīng)過(guò)多方摸索與談?wù)?，遠程分析后最終敲定引發(fā)此次問(wèn)題的根源在于—諧波。諧波到底是從何而來(lái)，為何會(huì )影響到繼電保護設備的保護采樣數據，讓我們一起來(lái)進(jìn)行更深入的探討。
二、現場(chǎng)繼電保護實(shí)驗平臺硬件構成
硬件構成圖
三、問(wèn)題分析及解決步驟
A、問(wèn)題分析步驟：1、確保繼電保護裝置正常；2、排除外部接線(xiàn)、互感器等外因；3、確保測試儀輸出電流的精準性
B、問(wèn)題處理步驟：
1、更換備品，排除內因。
1）、立即更換上性能正常的相同型號的微機繼電保護裝置，此步驟旨在排除裝置本身原因所致測試儀輸出實(shí)際電流與微機綜合保護裝置采樣電流之間出現較大差值。
2）、更換完成后，再次做繼電保護實(shí)驗，保護電流依然出現測試儀輸出實(shí)際電流與微機綜合保護裝置采樣電流之間出現較大差值的現象。
3）、排除微機繼電保護裝置本身原因所致上述現象，現分析此現象為外來(lái)因素所致。
2、排除外部接線(xiàn)、互感器等外因
按照施工圖紙一一比對確認之后，外部接線(xiàn)及互感器均嚴格按圖施工
3、通過(guò)以上排除，現將焦點(diǎn)放在測試儀上面
1）、測試儀為供電部門(mén)常用的智能型測試儀
2）、測試儀電源為柴油發(fā)電機供電
對1進(jìn)行分析，供電局經(jīng)常與該微機繼電保護設備廠(chǎng)家配合實(shí)驗，使用的依然為此臺測試儀，均正常，據此初步排除測試儀本身原因。
對2進(jìn)行分析，從測試儀電源入手，柴油發(fā)電機所發(fā)電直接導致測試儀輸出電流中產(chǎn)生大量的諧波，而該繼電保護設備保護電流采樣計算方式為只采基波電流的方式，而非采用基波與諧波疊加的方式，而此時(shí)的測試儀在柴油發(fā)電機的影響下，測試儀輸出電流中產(chǎn)生了大量的諧波，這就是導致測試儀輸出電流與微機綜合保護裝置保護采樣電流之間出現較大差值的罪魁禍首—諧波。
四、造成諧波的原因、對微機繼電保護設備的影響及抑制諧波的措施
在本次繼電保護實(shí)驗中，柴油發(fā)電機提供過(guò)的電源中非線(xiàn)性因素是產(chǎn)生諧波的主要因素。諧波不僅會(huì )嚴重惡化電源質(zhì)量,更能夠對該系統中的各種電力設備造成很大的危害,最終降低整個(gè)輸出電源的的使用效率。對于繼電保護設備而言,諧波會(huì )大幅度提高其保護誤動(dòng)與保護拒動(dòng)的可能性,進(jìn)而出現各種事故,面對日趨嚴重的諧波問(wèn)題,更深入了了解諧波對繼電保護的影響,有利于我們加深相關(guān)認識,并據此制定出有效的控制措施。
柴油發(fā)電機產(chǎn)生的諧波對繼電保護的影響較大，在諧波嚴重的情況下可能會(huì )導致繼電保護的不正確動(dòng)作（拒動(dòng)或誤動(dòng)），本次實(shí)驗就直接導致了保護電流受影響而致使繼電保護不動(dòng)作。為了保證該系統繼電保護的正常運行，需要充分重視諧波對繼電保護的影響，采取切實(shí)有效的措施，減小或防止諧波對繼電保護的影響，確保繼電保護實(shí)驗的順利穩定運行。
1、在本次實(shí)驗中哪些因素會(huì )導致產(chǎn)生諧波以及諧波的度量方法
1）、在本次實(shí)驗系統中的諧波，主要是柴油發(fā)電機生產(chǎn)的電源負載測試儀產(chǎn)生的。
柴油發(fā)電機組的電源內阻遠高于市電網(wǎng)絡(luò )，當非線(xiàn)性負載連接上時(shí)會(huì )產(chǎn)生諧波，使電壓波形產(chǎn)生嚴重畸變，也稱(chēng)諧波畸變。典型的非線(xiàn)性負載包括計算機、測試儀、熒光燈電子鎮流器以及不間斷電源（UPS），而此時(shí)該系統中負載的測試儀就會(huì )產(chǎn)生很大的諧波。
在本次繼電保護實(shí)驗中，我們的RC3000微機保護測控裝置的電流的采集計算方法為：
A、測量電流為：測量電流=基波測量值+諧波測量值
B、保護電流為：保護電流=基波測量值
這樣就直接導致了我們RC3000裝置保護電流的采集值比測試儀輸出的電流值之間有較大偏差，直接致使此次RC3000繼電保護設備不動(dòng)作的根本原因所在。
在找到問(wèn)題根源后，我們不妨透過(guò)此事更深入的來(lái)了解諧波到底會(huì )對我們的設備有哪些影響。
2、此次繼電保護實(shí)驗引發(fā)我們深思，諧波會(huì )如何影響我們的繼電保護設備
（１） 諧波對電磁型繼電器的影響 常規的電磁型電流繼電器的電磁動(dòng)作轉矩與線(xiàn)圈內流過(guò)的電流有效值的平方成正比，無(wú)論通入基波或是諧波，只要有效值達到電流繼電器動(dòng)作電流，電流繼電器就能動(dòng)作，因此諧波的存在就有引起電流繼電器誤動(dòng)的可能。對電壓繼電器而言，與電流繼電器相比，線(xiàn)圈匝數多，阻抗大。當含有諧波的畸變電壓作用于繼電器時(shí)，動(dòng)作值總是比基波時(shí)整定值大，所以過(guò)電壓繼電器可能會(huì )拒動(dòng)，而對欠電壓繼電器卻可能會(huì )誤動(dòng)。電磁型繼電器的動(dòng)作速度較慢，對定值誤差也要求不高，在諧波含量小于１０％時(shí)，諧波對其影響不太大。但是，在諧波含量很大并且各次諧波衰減又較慢的場(chǎng)合，電磁型繼電器誤動(dòng)也會(huì )造成大的系統事故。
（２） 諧波對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（或電流信號）及其動(dòng)作判據。整流型距離保護裝置（如ＬＨ－２１型）的振蕩閉鎖經(jīng)常動(dòng)作，產(chǎn)生這些現象的原因是利 用負序濾波器將三相電流轉變?yōu)閱雾楇妷海ㄕ扔谪撔螂娏鳎?，該濾波器由接在一相內的電流互感器和接在兩相內的電抗互感器構成。當系統電流中含有諧波，并且三相諧波不相等也不對稱(chēng)時(shí)，負序濾波器就有很大的諧波輸出，加之裂相回路對諧波的進(jìn)一步放大作用，使整流出的直流脈動(dòng)很大，因而使保護誤起動(dòng)。
（３） 諧波對距離保護的影響
整流型方向阻抗繼電器的阻抗特性，理想狀態(tài)下其動(dòng)作特性曲線(xiàn)是一個(gè)圓，但輸入電流中諧波含量較大時(shí)，其動(dòng)作曲線(xiàn)將出現凹凸，從而導致動(dòng)作阻抗值和最大靈敏角發(fā)生變化。距離保護裝置中的測距元件，通常按線(xiàn)路的基波阻抗整定。在故障情況下，當有諧波電流時(shí)（特別是３次諧波），所測的阻抗相對于基波阻抗值可能會(huì )有相當大的誤差。因而，當故障電流流經(jīng)高阻性的阻抗接地時(shí)，接地阻抗將是主要的。如果電流中諧波分量較大，應采取濾波措施，否則造成繼電器誤動(dòng)的可能性很大。通過(guò)試驗，諧波含量在５％以下時(shí)，諧波對繼電器的影響不大。
（４） 諧波對零序保護的影響
零序保護裝置中通常是依據躲過(guò)線(xiàn)路最大不平衡的零序電流，當通過(guò)線(xiàn)路電流只有基波時(shí)，線(xiàn)路的不平衡的零序電流較小，但是當線(xiàn)路中含有大量３次諧波時(shí)，使得零序電流會(huì )大大的增加，可能會(huì )造成零序保護的誤動(dòng)。
（５） 諧波對保護啟動(dòng)量的影響
諧波對負序量起動(dòng)保護有很大影響，在諧波的影響下，負序電流保護可能誤動(dòng)。對負序功率方向高頻保護的影響在于諧波透過(guò)負序電流濾波器和負序電壓濾波器，而可能使高頻閉鎖方向保護的“正向動(dòng)作回路”起動(dòng)，且無(wú)閉鎖信號時(shí)，導致保護誤動(dòng)。對相差高頻保護的影響對于起動(dòng)元件采用負序電流元件，操作電流采用Ｉ１＋ＫＩ２的相差高頻保護，在系統諧波電流干擾下，起動(dòng)元件和操作元件均可能起動(dòng)，從而導致保護誤動(dòng)。 在光纖差動(dòng)保護中，當ＴＡ斷線(xiàn)時(shí)，本側的保護起動(dòng)，存在差流，但收不到對側的信號而不會(huì )誤動(dòng)，如果諧波使對側的保護也起動(dòng)，那么在ＴＡ斷線(xiàn)的情況下，保護就可能誤動(dòng)。 變壓器的差動(dòng)保護通常都采用突變量作為起動(dòng)判據。采用相電流采樣值的突變量作為起動(dòng)判據或者采用基于半周積分算法的相電流工頻變化量作為判據，兩者都無(wú)法完全消除諧波的影響，都可能導致保護不正常起動(dòng)。
3、在了解諧波的危害之后，我們深入了解如何才能抑制諧波對繼電保護影響
1）、 抑制諧波措施
嚴格執行國家標準ＧＢ／Ｔ１４５４９－１９９３，將諧波控制在允許范圍內，抑制諧波可采用交流無(wú)源濾波裝置、靜止無(wú)功補償和有源濾波器等裝置，近年來(lái)，采用有源濾波器越來(lái)越成為抑制諧波的一個(gè)趨勢。
2）、減小諧波對繼電保護影響措施
A、 變壓器差動(dòng)保護中的差動(dòng)繼電器，利用速飽和變流器以及二次諧波制動(dòng)。
B、 保護裝置盡量不要選取對諧波敏感的元件或動(dòng)作原理，例如采用弱電繼電器、半波比相判斷的方式以及過(guò)零點(diǎn)檢測等等。
C、 繼電保護和自動(dòng)裝置應合理利用硬件濾波器和數字濾波軟件，對進(jìn)入ＴＡ、ＴＶ二次側的諧波量進(jìn)行濾波處理，來(lái)預防諧波的干擾。
D、 為了防止二次系統的諧波感抗與容抗之間可能發(fā)生諧振，二次系統固有頻率遠離系統中含量較高整次諧波的頻率，設計合理的消諧回路，抑制諧波引起的諧振過(guò)電壓。
E、 不得已情況下，靈敏系數能滿(mǎn)足要求的情況下，提高整定動(dòng)作值，但在多數情況下，會(huì )過(guò)分降低故障響應靈敏度，并不能完全避免諧波影響。
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