浅谈谐波对继电保护的影响及抑制对策

浅谈谐波对继电保护的影响及抑制对策 (乌海电业局，内蒙古乌海016000) 摘要：文章通过对谐波产生的原因及危害以及对继电保 护和自动装置的产生影响进行分析，提出了交流电弧炉谐波 治理方案及抑制谐波的对策。 关键词：谐波；危害；原因；继电保护；抑制对策 中图分类号：TM77文献标识码：A文章编号：1007— 6921 (XX)07—0155—02 1概述 近年来，随着乌海地区高耗能用户迅速发展，用电量大 幅上升，且仍有继续上升趋势。其中冲击性负荷 非线形负 荷的大幅增加，如：硅铁炉 电石炉等使电力系统的谐波问 题变的比较严重，对乌海地区电网的运行造成一定的影响。 2乌海地区谐波产生的原因 产生谐波原因是由于电力系统中某些用电设备和负荷 的非线性特性，即所加电压与产生的电流不成线性关系。大 量的谐波电流分量注入电网，在系统阻抗上产生相应的谐波 压降，形成系统内部的谐波电压，使原有的正弦波的电压产 生畸变，影响电网正常运行。 乌海地区具有一定代表性的谐波源由： 2. 1电石炉及一些大量的硅铁炉等用户不断增加 电石炉及大量的硅铁炉加之其单台用电设备容量增大， 使流入电力系统的谐波量大为增加，各种电石炉在产品生产 熔化期间，其电弧的点燃和剧烈变动形成高度非线性，使用 户电压波动，产生基波负序电流和电压，影响供电质量及供 电安全。这类负荷在乌海电业局较为普遍，约占总负荷的80% 左右° 2. 2铁磁饱和型 各种铁芯设备，如变压器等，其铁磁饱和特性呈现非线 性，使系统侧提供的激磁电流波形发生畸变，产生大量高次 谐波，其特点为：①空载电流仅会有奇次谐波，以3、5、7 次为主。 ②谐波电流的大小与没有运行时的系统电压U 1有关, 负荷增大 电压降低其谐波对系统影响减小。 3谐波的危害 由于一些非线形负荷的增加，注入系统的谐波电流也不 断增加，谐波引起了电压 电流波形的畸变，降低了系统的 供电质量，影响电网的安全运行，对一些容易被谐波干扰的 设备影响很大。主要表现为： 3. 1谐波影响各种电气设备的正常工作 例如发电机的旋转电机产生负加功率损耗 发热，机械 振动和噪声。对于断路器，当电流波形过零点时，由于谐波 的存在可能造成高的di/dt,这将使开断困难，并且延长故 障切除时间。 3. 2谐波对供电线路产生负加损耗 由于集肤效应和邻近效应使线路电阻随频率增加而提 高，造成电能的浪费，由于中性线正常时流过电流很小，故 其导线较细，当大量的三次谐波流过中性线时会使导线过热、 损坏绝缘，引起短路甚至火灾。 3. 3使电网中的电容器产生谐波 工频下系统装设的各种用途的电容器比系统中的感抗 要大得多，不会产生谐振，但谐振频率对感抗值成倍增加而 容抗值成倍减小，这就有可能出现谐振。谐振将放大谐振电 流，导致电容器等设备被烧毁。如XX年11月18日110kV变 电站内35kVI段电容器零序保护动作跳闸，值班员在跳闸后 检查发现电容器有滤油现象。在事后的事故分析会议上认定: 35kV系统发生谐振，发生谐振过电压，导致电容器内部绝缘 —I— ztr 牙。 3. 4出现误差及误动作 谐波会使仪表和电能计量出现较大误差，使继电保护和 自动装置出现误动作。 3. 5谐波对其他系统及电力用户危害也很大 会对附近的通信系统产生干扰，轻者出现噪声，降低通 信质量，重者推动信息，使通信系统无法正常工作。影响电 力设备工作精度，使精密机械加工的产品质量降低，设备寿 命缩短，家用电器工况变坏等。 4谐波对微机保护的影响 谐波污染对电力系统危害是严重的，可以比作“公害”， 严重时能造成继电保护及自动装置误动作及停电事故的发 生。 4. 1微机线路保护 乌海地区属于新型的工业城市，近年来电网改造投资力 度较大。新投运的及部分改造后的变电站保护均实现微机化。 其中110kV以上的线路保护大部分采用国电南京自动化有限 公司及许继股份有限公司生产的各种不同型号的微机线路 保护。其启动元件普遍由突变量启动元件 负序启动元件 突变量3U 0元件构成，都是门槛电压量或电流量作为启 动量。这些启动量极易受谐波的干扰，使保护回路与逻辑回 路出现错误判断，有可能造成误发信号和保护误动作。 4. 2微机型母线保护 以南瑞BP-2 B母差保护为例，该装置启动元件包括和电 流突变量 任意一项差电流量，当电流突变电＞门槛电流突 变量时，那该元件启动。当任意一项突变量〉差电流门槛值 时，该元件启动，框图如下： 其中：复合电压闭锁元件包括U ab相间电压、3U 0母线3倍零序电压及U 2母线负序电压，如果三个之 中任何一个值满足动作条件，该段母线的电压闭锁元件就会 动作。如果上述两个条件同时满足，就有可能造成保护动作。 4. 3负序量作为启动元件的保护 110kV电网中一些以负序电流增量或备序电压增量作为 启动量的继电保护和自动装置，包括线路主保护及变压器主 保护，使系统谐波干扰较为严重，谐波通过各种滤波器产生 各种畸形电压和电流，进入保护回路有可能引起保护的错误 判断引起误动。框图如下： 740)thi s. wi dth=740“bord er=undef i ned #111 nmousewh ee I = “ returnz oom_i mg (even t, th i s)“> 5谐波治理方案 根据电石炉的容量及冶炼要求，熔炼的负载周期为2h〜 8h,其前约有0. 5h~1h的熔化期。其特征是在电极和故态 原料之间形成极不稳定的电弧，电弧电流不规则的波动，且 三项电流大而不平衡呈冲击性，向固态原料提供大量的能量 使其熔化。接着为包括氧化和还原过程的精练期，此时电弧 电流比较稳定，波动大为减小。只需供给补偿项量损失而使 温度保持恒定的能量，所以三相电流小而且比较平衡，由于 交流电流过零后起燃及形成的伏•安特性为高度非线性的电 弧，使电流波产生不规则的畸变，随着熔炼过程的进行，各 相各时刻的电流波形大小各不相同，为变化大且具有很大随 机性的谐波电流源，其谐波电流成分主要为2、3、4、5、7 次，对于此类负荷一般采用静止无功补偿和谐波滤波手段, 其功能有：①维持控制点的电压恒定；②改善电力系统的稳 定性；③改善功率因数；④校正三相电压不平衡；⑤减少动 态波形畸变。 5. 1电容器的选择 5.1.1根据电力系统对功率因数的要求，一般采取就地 补偿，即在正常工作状态下，功率因数达到0.9时用户用电 设备所需的无功补偿量。 在实际中要同时考虑供电变压器的无功补偿量，即：Q =Q c+Q b,其中：Q c为计算无功补偿量 Q b为 变压器的无功损耗量。 5.1.2按国家规定的电能质量标准要求，每个用户只入 电网的谐波允许值来考虑用户谐波电流允许值IF的大小。 然后，按谐波电流比例分担各支路的滤波量，最后计算出各 支路滤波器的电容量，在实际中根据电容器的规格 容量, 进行组合和调整，以达到最佳匹配。 5. 1.3滤波支路的选择。 因电弧炉产生的谐波为2、3、4、5、6、7, 3次谐波最 大，2、4、5次其次，所以在滤波支路的选择上，应根据用 电设备容量的大小