配电网相序及相位试验

配电网相序及相位试验一、相序和相位及其测量的意义在三相电力系统中，各相的电压或电流依其先后顺序分别达到最大值（如以正半波幅值为准）的次序，称为相序；三相电压（或电流）在同一时间所处的位置，就是相位，通常对称平衡的三相电压（或电流）的相位互差120o。在三相电力系统中，规定以“A、B、C”标记区别三相的相序。当它们分别达到最大值的次序为A、B、C时，称作正相序，如次序是A、C、B，则称为负相序。相应的向量图，如图13-2所示，图中BAABUUU表示线电压和相电压间的向量关系，其余依此类推。CCA.OUU.AU.ABBC.UBAB.UC.U（a）U.BU.CABU.CBAC.UA.UUO.BAC（b）图13-2正、负相序向量图（a）正相序；（b）负相序在电力系统中，发电机、变压器等的相序和相位是否一致，直接关系到它们能否并列运行。同时，正、负相序的电源还直接影响到电动机的转动方向。所以，在三相电力系统中，常常需要测量设备的相序和相位，以确定其运行方式。二、测量相序的方法测量相序时，对于380V及以下的系统，可采用量程合适的相序表直接测量；对于高压系统，采用电压互感器在低压侧进行测量。常用的相序表有旋转式和指示灯式两种。旋转式相序表，系采用微型电动机（或其它转动机构），并在其轴上装有指示旋转方向的转盘，测量时借其转动方向的不同，即可判断被测三相的正、负相序。这种相序表较易掌握，下面着重介绍指示灯式相序表。1、指示灯式相序表的工作原理指示灯式相序表，是按下述原理做成的。bca.IB.UcoUbo.OCUao.IC.UB.N.UCUON..IA.UA...（a）UA.UC..UCDabcON.UboUB.Dgg'Uco.UbD.108.4。Uao.UON.（b）图13-3电源和不平衡星形负载的连接和电压向量图（a）电源和负载的连接；（b）电压向量图C——电容器；R——指示灯电阻；D——切点在三相三线制电压对称平衡的系统中，若带上星形连接的不对称负载时，两中性点之间的电压、电源相电压和负载相电压之间的关系，由式（13-5）确定，其接线和向量图如图13-3所示，从图13-3（a）得出下列关系式，即NCcNBbNAaUUUUUUUUU000000（13-5）负载电流由式（13-6）确定，即cNCccCbNBbbBaNAaaAZUUZUIZUUZUIZUUZUI000000（13-6）由基尔霍夫第一定律得0CBAIII（13-7）即0000cNCbNBaNAZUUZUUZUU或0000NcCcNbBbNaAaUYUYUYUYUYUY解得cbaCcBbAaNYYYUYUYUYU0（13-8）上四式中AU、BU和CU——电源A、B和C三相的相电压（V）；0aU、0bU和0cU——a、b和c三相负载承受的电压（V）；aZ、bZ和cZ——三相不平衡负载的阻抗（）；aY、bY和cY——三相不平衡负载的导纳（S）；NU0——电源中性点和负载中性点之间的电压（V）。将NU0值代入式（13-5）解得cbacCbBaAANAaYYYYUYUYUUUUU00即cbaCAcBAbaYYYUUYUUYU)()(0同理解得000()()()()()()ABACbcaabcBCBAcababcCACBabcabcYUUYUUUYYYYUUYUUUYYYYUUYUUUYYY（13-9）为了具体地解析指示灯式相序表的工作原理，下面以正相序电压为例，并设a相电容的容抗值ZCXa1（复阻抗jZCjZa1），即jZZYaa11并选b、c两相指示灯的电阻值R与a相的容抗值相等（即Zb=Zc=Z或Yb=Yc=Z1），进行计算分析。如以A相作基准向量，即设AU=00100则000000000100120100[cos(120)sin(120)]100[cos(18060)sin(18060)]100(cos60sin60)13100()2250503BUjjjjj同理010012050503CUj将Ya、Yb、Yc和AU、BU、CU各值分别代入式（13-8）和式（13-9）解得01111005050350503111ABCabcNabcYUYUYUUYYYjjjZZZjZZZ因为1jj21j所以201(1005050350503)1(11)2002001001005206063.2108.4ONjjjZUjZjjjj同理0000()()11(100050503)(100050503)1(11)1005050310050503212060134.226.6ABACbcaabcYUUYUUUYYYjjZZjZjjjj00()()1(5050350503)(50503100)21(11)100350503100230146.5149.5101.6BCBAcababcYUUYUUUYYYjjjjZjZjjjjj000()()1(505031000)(5050350503)1(11)150503100323026.5240138.5CACBabcabcYUUYUUUYYYjjjjZZjZjjjj由计算结果作出的电源相电压、不对称负载的相电压和电源与负载二中性点间的电压向量关系，如图13-3（b）所示。从计算结果和向量图中均明显看出，当三相电压为正相序时，b相指示灯比c相指示灯承受的电压高，故b相的指示灯比c相亮。当三相电压为负相序时，根据类似的计算和作图，会得出这时c相的指示灯比b相的亮，这就是电容式指示灯相序表的工作原理。2、指示灯相序表的故障分析当a相负载开路，即阻抗Za等于无穷大，而b、c相负载相等时，则001805023505035050211111jjUUZZZUZUZZUYYYUYUYUYUCBcbaCcBbaAcbaCcBbAaN由此可见负载中性点从O点移至D点，此时，b、c两相指示灯串联，并接在线电压BCU上，所以两相指示灯承受的电压相等，分别等于bDU和cDU，这时指示灯的亮度相同。当a相负载短路，即阻抗Za趋近于零，而b、c相负载相等，则Ya为无穷大，此时NU0为AAacabaaCacBabAaacbaCcBbAaNUUYYYYYYUYYUYYUYYYYYUYUYUYU001000表明负载中性点从O点移至a点。此时，b、c两相指示灯将承受电源的线电压ABU和ACU，亮度亦相同。所以随电容C的改变，负载中性点O，在以aD为直径所作圆的弧afD上移动。3、电感式指示灯相序表若将a相负载换成电感线圈L，b、c相仍为指示灯，并取电抗值XL=R值时，按照上述类似的计算和作图可知，当三相电压为正相序时，则c相的指示灯比b相亮。若三相电压为负相序时，其亮度相反，并随着电感L值的变化，负载中性点O将沿弧Dga移动（图13-3，b）。。。。CBAC暗亮（a）。。。LABC亮暗（b）图13-4指示灯相序表的原理接线（a）电容式；（b）电感式由电容和电感组成指示灯相序表的原理接线，如图13-4所示。当被测三相电压的相序为负相序时，则指示灯的亮和暗与图中的标示相反。三、测量相位的方法测量相位，是在有电磁连接的同一系统并列或环接、主变压器并列、以及新线路投入时不可缺少的试验项目之一。测量相位的目的在于判断相位和相序，防止由于彼此不一致，在并列时造成短路或出现巨大的环流而损坏设备，其测量方法如下。1、利用三相电压互感器低压侧测量相位（1）确定高压侧的相位TV1TV2。。。。。。BACCAB'''Vbaccba'''图13-5在三相电压互感器低压侧测定高压侧相位的试验接线TV1、TV2——三相电压互感器；V——电压表需要确定双母线或分段母线的相位时，可利用系统中装设的三相电压互感器，如图13-5所示，在其低压侧利用电压表，依次测量aa、ba、ca、ab、bb、cb、ac、bc和cc等九个数值，电压接近或等于零值，为同名端；电压为线电压者，为异名端。据此，则可判定对应端高压侧的相位。测量时，两个电压互感器的变比、组别应相同。高压侧的电压要基本一致，互差应不大于10%。（2）确定低压侧的相位在同一高压电源上，需要确定三相电压互感器低压侧的相位时，其试验接线如图13-6所示。测量时，按图13-6测量电压互感器低压侧任意两线端的电压，电压指示接近或为零者为同名端；约为线电压者，则为异名端。2、利用单相电压互感器确定高压侧的相位（1）在有直接电联系的系统定相'''abccab。。。。。。TV2TV1CABV图13-6确定三相电压互感器低压侧相位的试验接线TV1、TV2——三相电压互感器；V——电压表ABCabcV12图13-7用单相电压互感器测定高压侧的相位1——单相电压互感器；2——电压表在有直接电联系的系统（如环接）中，可外接单相电压互感器，直接在高压侧测定相位。此时在电压互感器的低压侧接入0.5级的交流电压表，其接线如图13-7所示。在高压侧依次测量Aa、Ab、Ac、Ba、Bb、Bc、Ca、Cb和Cc间的电压，根据测量结果，电压接近或等于零者，为同相；为线电压者为异相。测量时，必须注意以下事项：①用绝缘棒将电压互感器的高压端，引接至被测的高压线端头，此时应特别注意人身和设备的安全；②所采用的电压互感器，事前应经与被测设备同等绝缘水平的耐压试验；③电压互感器的外壳和二次侧的一端连接并接地；④绝缘棒应符合安全工具的使用规定，引线间及对地间应具有足够的安全距离；⑤操作和读表人员应站在绝缘垫上，所处的位置应有足够的安全距离，并在负责人的指挥和监护下工作。（2）在没有直接电联系的系统定相在没有直接电联系（如两台需并列运行的变压器，或变电站需并入系统等）的系统中，用外接单相电压互感器在高压侧测定相位时，为了避免测量中由于被测设备对地电容的容抗，与电压互感器的电抗匹配，发生串联谐振造成事故。测量前应将某一对应端头（如A和a，A为运行系统的A相，a为待定设备的a相）连接起来，如图13-7中虚线所示（此时要特别注意，验明两系统确实无电联系，方可连接）。然后将两系统送电，在进行测量，依次读取Bb、Bc、Cb和Cc四个电压数值。判断相位的方法同上。为了避免对应端接错出现高电压损坏测量电压的互感器，最好用比被测电压高一级的电压互感器或用两个与被测电压同级的电压互感器串联测量。安全注意事项同（1）。（3）用电阻定相杆测定相位用电阻定相杆测定相位时，将定相的两杆分别接向两侧，当电压表（V）的指示接近或为零时，则对应的两侧属于同相；若电压表（V）的指示接近或大于线电压时，则对应的两侧属于异相。VRRR1R2R2AP2AP2AP2AP图13-8定相杆的原理接线ABCLMKDC图13-9测定线路相别的接线DC——电池；L——指示灯；M——欧姆表；K——开关定相杆的制作，在原理上和测量电位分布的电阻杆相同，其原理接线如图13-8所示。高电阻R约按每伏10k选用；每个电阻的容量约为1瓦；分配的电压不应超过3kV；桥式整流元件可用锗二极管（2AP）；滤波电容C在0.1~5微法范围选用；平衡电阻R1和R2为0.1~1M，二者的数值相等；电压表可选用50~