电力系统继电器保护受到谐波的影响讨论

周期性非正弦点亮对电力系统的影响往往是非线性且不固定的，当继电器正常工作期间，这种影响所产生的后果也较大，本文就结合实际情况对电力系统继电器保护受到谐波的影响进行简析。

[关键词]电力系统；继电器；谐波

中图分类号：TM58 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）05-0316-01

1.谐波的形成及作用

在交流电力工程中，谐波仅仅指由于非线性负载引起的非正弦波电流。如果电网中仅仅存在电感、电容、电阻等线性负载，则线路中的电流应该也为标准正弦波，只不过波形和电压有一个相位差，这种情况我们需要使用功率因数的概念来衡量不同步性。但是如果电路中存在非线性器件，比如电力电子设备，如UPS，整流、逆变设备，电机换向，磁性饱和设备等，电流将出现断续或畸变现象。这时，电流波形按照傅里叶级数展开便有了各种不同的频率分量，总之已完全不是正弦波。我们习惯上将除了基频之外的其他频率的电流分量都称为谐波。

2.抑制谐波产生的基本措施

谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。在电力系统中对谐波的抑制就是如何减少或消除注入系统的谐波电流，以便把谐波电压控制在限定值之内，抑制谐波电流主要有四方面的措施：一是，降低谐波源的谐波含量。也就是在谐波源上采取措施，最大限度地避免谐波的产生。这种方法比较积极，能够提高电网质量，可大大节省因消除谐波影响而支出的费用；二是，采取脉宽调制（PWM）法。采用脉宽调制（PWM）技术，在所需要的频率周期内，将直流电压调制成等幅不等宽的系列交流电压脉冲，这种方法可以大大抑制谐波的产生；三是，在谐波源处吸收谐波电流。这类方法是对已有的谐波进行有效抑制的方法，这是目前电力系统使用最广泛的抑制谐波方法；四是，改善供电系统及环境。对于供电系统来说，谐波的产生不可避免，但通过加大供电系统短路容量、提高供电系统的电压等级、加大供电设备的容量、尽可能保持三相负载平衡等措施都可以提高电网抗谐波的能力。选择合理的供电电压并尽可能保持三相电压平衡，可以有效地减小谐波对电网的影响。

谐波源由较大容量的供电点或高一级电压的电网供电，承受谐波的能力将会增大。对谐波源负荷由专门的线路供电，减少谐波对其它负荷的影响，也有助于集中抑制和消除高次谐波。

3.高频次谐波对电力系统继电器保护的作用

作者：知乎用戶

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在异步电机的非正弦供电情况下，高次谐波电流是会产生一定的谐波转矩的。一般可以分为两种，恒定谐波转矩和脉动转矩。恒定谐波转矩主要由气隙的谐波磁通和它在电机转子上感应出来的相同次数的电流相互作用产生转矩。由于高次谐波电流的电流频率很高，导致异步电机转子对谐波磁场的转差率相当大。此时对于谐波电流来说的话，转子回路中的的电抗是要远远大于电阻阻值的，谐波电流就基本上是无功电流了，产生的谐波转矩是很小的。通常在基波转矩的1%以下，影响上来说一般可以忽略掉。而对于脉动谐波转矩来说，比如5，7次谐波电流，他们在转子中感应的转子电流和气隙基波磁场相互作用会产生6倍基频的脉动转矩。5次谐波电流是负序电流，他产生的旋转磁场会以5倍基波同步速反方向旋转，7次谐波电流是正序电流，他产生的旋转磁场会以7倍基波同步速正方向旋转；这两个谐波磁场和正转的基波磁场之间的相对速度都是6倍的基波同步速，加上这两种谐波电流产生的旋转磁场极数和基波磁场极数相等，他们会相互作用产生6倍基频的脉动转矩。这个脉动转矩在低频运行时可以达到电机额定转矩的1/3左右。虽然说脉动转矩单方向幅值可能会比较大，但是他是交变的，转矩的平均值仍然是0。一般在设计电机时候我们会采取一些措施去减小脉动转矩，比如减小气隙磁密等。上面有人提到了损耗和效率的问题，应该是属于外在表现了。高次谐波的转差率很高，约等于1，所以电机转子谐波的参数相应的频率几乎等于对应定子谐波的频率，由于频率比较高，转子导体上的集肤效应相当之强，会造成转子电流集中于槽口，转子的有效电阻增大很多，而转子的漏槽电感要减小很多，频率越高，减小越多。这些变化，都会使得转子谐波损耗增大。

4.谐波在电力系统继电器保护中的能量转换

谐波是参与能量转换的，只是单纯转换为热能，没有转换成机械能。将“谐波”理解为磁动势谐波，而“机电能量转换”的关键是电磁转矩的生成和转子运动，假设该异步电机正在运行，所以这个问题可以简化为磁动势谐波是否产生电磁转矩。异步电机稳定运时，定子绕组产生的基波磁动势和转子绕组（或鼠笼）感生的基波磁动势在气隙中相对静止，产生恒定的电磁转矩。然而定转子除了基波磁动势外还会产生谐波磁动势，它们相互作用也会产生电磁转矩。此处的电磁转矩可能是恒定值，也有可能是脉动的，区别在于两个相会作用的某次谐波磁动势是否在气隙中相对静止。