摘要：目前，我國(guó)大部分10Kv配電室均采用微機(jī)繼電保護(hù)設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)保護(hù)。日前，北京市京海杰物業(yè)工程供電局做繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)，出現(xiàn)測(cè)試儀輸出電流與微機(jī)綜合保護(hù)裝置保護(hù)采樣電流之間出現(xiàn)較大差值，以此為依據(jù)找導(dǎo)致出現(xiàn)上述現(xiàn)象的根源—諧波。
關(guān)鍵詞：繼電保護(hù) 保護(hù)電流 電源不穩(wěn)定 諧波
一、概述：RC3000系列微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于北京市的國(guó)防、軍事、醫(yī)用、改造、科研、民建等項(xiàng)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(hù)試驗(yàn)中，出現(xiàn)測(cè)試儀輸出電流與微機(jī)綜合保護(hù)裝置保護(hù)采樣電流之間出現(xiàn)較大差值，針對(duì)這一突發(fā)的現(xiàn)象，公司領(lǐng)導(dǎo)高度重視，專門(mén)組織專案處理小組針對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行突擊，經(jīng)過(guò)多方摸索與談?wù)?，遠(yuǎn)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(hù)設(shè)備的保護(hù)采樣數(shù)據(jù)，讓我們一起來(lái)進(jìn)行更深入的探討。
二、現(xiàn)場(chǎng)繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)硬件構(gòu)成
硬件構(gòu)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(hù)裝置正常；2、排除外部接線、互感器等外因；3、確保測(cè)試儀輸出電流的精準(zhǔn)性
B、問(wèn)題處理步驟：
1、更換備品，排除內(nèi)因。
1）、立即更換上性能正常的相同型號(hào)的微機(jī)繼電保護(hù)裝置，此步驟旨在排除裝置本身原因所致測(cè)試儀輸出實(shí)際電流與微機(jī)綜合保護(hù)裝置采樣電流之間出現(xiàn)較大差值。
2）、更換完成后，再次做繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)，保護(hù)電流依然出現(xiàn)測(cè)試儀輸出實(shí)際電流與微機(jī)綜合保護(hù)裝置采樣電流之間出現(xiàn)較大差值的現(xiàn)象。
3）、排除微機(jī)繼電保護(hù)裝置本身原因所致上述現(xiàn)象，現(xiàn)分析此現(xiàn)象為外來(lái)因素所致。
2、排除外部接線、互感器等外因
按照施工圖紙一一比對(duì)確認(rèn)之后，外部接線及互感器均嚴(yán)格按圖施工
3、通過(guò)以上排除，現(xiàn)將焦點(diǎn)放在測(cè)試儀上面
1）、測(cè)試儀為供電部門(mén)常用的智能型測(cè)試儀
2）、測(cè)試儀電源為柴油發(fā)電機(jī)供電
對(duì)1進(jìn)行分析，供電局經(jīng)常與該微機(jī)繼電保護(hù)設(shè)備廠家配合實(shí)驗(yàn)，使用的依然為此臺(tái)測(cè)試儀，均正常，據(jù)此初步排除測(cè)試儀本身原因。
對(duì)2進(jìn)行分析，從測(cè)試儀電源入手，柴油發(fā)電機(jī)所發(fā)電直接導(dǎo)致測(cè)試儀輸出電流中產(chǎn)生大量的諧波，而該繼電保護(hù)設(shè)備保護(hù)電流采樣計(jì)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(cè)試儀在柴油發(fā)電機(jī)的影響下，測(cè)試儀輸出電流中產(chǎn)生了大量的諧波，這就是導(dǎo)致測(cè)試儀輸出電流與微機(jī)綜合保護(hù)裝置保護(hù)采樣電流之間出現(xiàn)較大差值的罪魁禍?zhǔn)住C波。
四、造成諧波的原因、對(duì)微機(jī)繼電保護(hù)設(shè)備的影響及抑制諧波的措施
在本次繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)中，柴油發(fā)電機(jī)提供過(guò)的電源中非線性因素是產(chǎn)生諧波的主要因素。諧波不僅會(huì)嚴(yán)重惡化電源質(zhì)量,更能夠?qū)υ撓到y(tǒng)中的各種電力設(shè)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(duì)于繼電保護(hù)設(shè)備而言,諧波會(huì)大幅度提高其保護(hù)誤動(dòng)與保護(hù)拒動(dòng)的可能性,進(jìn)而出現(xiàn)各種事故,面對(duì)日趨嚴(yán)重的諧波問(wèn)題,更深入了了解諧波對(duì)繼電保護(hù)的影響,有利于我們加深相關(guān)認(rèn)識(shí),并據(jù)此制定出有效的控制措施。
柴油發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的諧波對(duì)繼電保護(hù)的影響較大，在諧波嚴(yán)重的情況下可能會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)的不正確動(dòng)作（拒動(dòng)或誤動(dòng)），本次實(shí)驗(yàn)就直接導(dǎo)致了保護(hù)電流受影響而致使繼電保護(hù)不動(dòng)作。為了保證該系統(tǒng)繼電保護(hù)的正常運(yùn)行，需要充分重視諧波對(duì)繼電保護(hù)的影響，采取切實(shí)有效的措施，減小或防止諧波對(duì)繼電保護(hù)的影響，確保繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)的順利穩(wěn)定運(yùn)行。
1、在本次實(shí)驗(yàn)中哪些因素會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生諧波以及諧波的度量方法
1）、在本次實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的諧波，主要是柴油發(fā)電機(jī)生產(chǎn)的電源負(fù)載測(cè)試儀產(chǎn)生的。
柴油發(fā)電機(jī)組的電源內(nèi)阻遠(yuǎn)高于市電網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)非線性負(fù)載連接上時(shí)會(huì)產(chǎn)生諧波，使電壓波形產(chǎn)生嚴(yán)重畸變，也稱諧波畸變。典型的非線性負(fù)載包括計(jì)算機(jī)、測(cè)試儀、熒光燈電子鎮(zhèn)流器以及不間斷電源（UPS），而此時(shí)該系統(tǒng)中負(fù)載的測(cè)試儀就會(huì)產(chǎn)生很大的諧波。
在本次繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)中，我們的RC3000微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置的電流的采集計(jì)算方法為：
A、測(cè)量電流為：測(cè)量電流=基波測(cè)量值+諧波測(cè)量值
B、保護(hù)電流為：保護(hù)電流=基波測(cè)量值
這樣就直接導(dǎo)致了我們RC3000裝置保護(hù)電流的采集值比測(cè)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(hù)設(shè)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(duì)我們的設(shè)備有哪些影響。
2、此次繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)引發(fā)我們深思，諧波會(huì)如何影響我們的繼電保護(hù)設(shè)備
（１） 諧波對(duì)電磁型繼電器的影響 常規(guī)的電磁型電流繼電器的電磁動(dòng)作轉(zhuǎn)矩與線圈內(nèi)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(dá)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(duì)電壓繼電器而言，與電流繼電器相比，線圈匝數(shù)多，阻抗大。當(dāng)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(duì)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(duì)定值誤差也要求不高，在諧波含量小于１０％時(shí)，諧波對(duì)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(tǒng)事故。
（２） 諧波對(duì)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(hào)（或電流信號(hào)）及其動(dòng)作判據(jù)。整流型距離保護(hù)裝置（如ＬＨ－２１型）的振蕩閉鎖經(jīng)常動(dòng)作，產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因是利 用負(fù)序?yàn)V波器將三相電流轉(zhuǎn)變?yōu)閱雾?xiàng)電壓（正比于負(fù)序電流），該濾波器由接在一相內(nèi)的電流互感器和接在兩相內(nèi)的電抗互感器構(gòu)成。當(dāng)系統(tǒng)電流中含有諧波，并且三相諧波不相等也不對(duì)稱時(shí)，負(fù)序?yàn)V波器就有很大的諧波輸出，加之裂相回路對(duì)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(hù)誤起動(dòng)。
（３） 諧波對(duì)距離保護(hù)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)作曲線將出現(xiàn)凹凸，從而導(dǎo)致動(dòng)作阻抗值和最大靈敏角發(fā)生變化。距離保護(hù)裝置中的測(cè)距元件，通常按線路的基波阻抗整定。在故障情況下，當(dāng)有諧波電流時(shí)（特別是３次諧波），所測(cè)的阻抗相對(duì)于基波阻抗值可能會(huì)有相當(dāng)大的誤差。因而，當(dāng)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(yīng)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(yàn)，諧波含量在５％以下時(shí)，諧波對(duì)繼電器的影響不大。
（４） 諧波對(duì)零序保護(hù)的影響
零序保護(hù)裝置中通常是依據(jù)躲過(guò)線路最大不平衡的零序電流，當(dāng)通過(guò)線路電流只有基波時(shí)，線路的不平衡的零序電流較小，但是當(dāng)線路中含有大量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(hù)的誤動(dòng)。
（５） 諧波對(duì)保護(hù)啟動(dòng)量的影響
諧波對(duì)負(fù)序量起動(dòng)保護(hù)有很大影響，在諧波的影響下，負(fù)序電流保護(hù)可能誤動(dòng)。對(duì)負(fù)序功率方向高頻保護(hù)的影響在于諧波透過(guò)負(fù)序電流濾波器和負(fù)序電壓濾波器，而可能使高頻閉鎖方向保護(hù)的“正向動(dòng)作回路”起動(dòng)，且無(wú)閉鎖信號(hào)時(shí)，導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)。對(duì)相差高頻保護(hù)的影響對(duì)于起動(dòng)元件采用負(fù)序電流元件，操作電流采用Ｉ１＋ＫＩ２的相差高頻保護(hù)，在系統(tǒng)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(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)。 在光纖差動(dòng)保護(hù)中，當(dāng)ＴＡ斷線時(shí)，本側(cè)的保護(hù)起動(dòng)，存在差流，但收不到對(duì)側(cè)的信號(hào)而不會(huì)誤動(dòng)，如果諧波使對(duì)側(cè)的保護(hù)也起動(dòng)，那么在ＴＡ斷線的情況下，保護(hù)就可能誤動(dòng)。 變壓器的差動(dòng)保護(hù)通常都采用突變量作為起動(dòng)判據(jù)。采用相電流采樣值的突變量作為起動(dòng)判據(jù)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(jù)，兩者都無(wú)法完全消除諧波的影響，都可能導(dǎo)致保護(hù)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(duì)繼電保護(hù)影響
1）、 抑制諧波措施
嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ＧＢ／Ｔ１４５４９－１９９３，將諧波控制在允許范圍內(nèi)，抑制諧波可采用交流無(wú)源濾波裝置、靜止無(wú)功補(bǔ)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(shì)。
2）、減小諧波對(duì)繼電保護(hù)影響措施
A、 變壓器差動(dòng)保護(hù)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(hù)裝置盡量不要選取對(duì)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(cè)等等。
C、 繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置應(yīng)合理利用硬件濾波器和數(shù)字濾波軟件，對(duì)進(jìn)入ＴＡ、ＴＶ二次側(cè)的諧波量進(jìn)行濾波處理，來(lái)預(yù)防諧波的干擾。
D、 為了防止二次系統(tǒng)的諧波感抗與容抗之間可能發(fā)生諧振，二次系統(tǒng)固有頻率遠(yuǎn)離系統(tǒng)中含量較高整次諧波的頻率，設(shè)計(jì)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(shù)能滿足要求的情況下，提高整定動(dòng)作值，但在多數(shù)情況下，會(huì)過(guò)分降低故障響應(yīng)靈敏度，并不能完全避免諧波影響。
