電力系統相量分析與實踐應用

韓子奇

（浙江大學寧波理工學院 ,浙江 寧波 315100）

0 引言

根據電力系統一次潮流的狀況，測量和分析二次側的電流與電壓的相量關系，是判斷電流、電壓互感器及其二次接線是否正確的重要手段。互感器及其二次接線的正確與否直接關系到電氣測量系統能否精準測量、繼電保護及自動裝置能否正確動作、電能計量裝置能否準確計量，進而關系到電力系統的穩定控制、安全運行，以及電能交易的公平公正。

1 典型潮流狀況下的相量分析

電力系統的潮流狀況，由電源點的分布及出力、電網的網架結構、無功調節裝置布點和調節策略、負荷分布情況等因素來決定，是相量測量和分析的重要判據。在交流系統中，只有有功功率流入或流出母線的狀況相對較少，只有無功功率流入或流出母線的狀況一般在無功調節設備安裝處，這四種情況的相量測量和分析相對簡單，本文不作討論。下面對既有有功功率又有無功功率流入、流出母線的四種典型潮流狀況下的電壓、電流的相量進行分析。

在電路分析中，交流量一般采用復數表示，本文采用復平面分析法來分析電流與電壓的相量關系。在電力系統中，電壓的幅值及相位角是由電網網架結構、電力變壓器的接線組別、系統電壓等級等因素決定的，一般不隨電力系統潮流的變化而變化，因此本文以電壓量作為基準相量（即假定相電壓相量來分析電流與電壓的相量關系。

潮流用復功率表示為：

1.1 有功功率、無功功率均流出母線時的相量分析

有功功率、無功功率均流出母線，即P 、Q均為“正”時，電流與電壓的相量關系如圖2(a)所示。

1-φ φ的相位角為1，即電流相量落后于電壓相量1。

1.2 有功功率流出母線、無功功率流入母線時的相量分析

有功功率流出母線，無功功率流入母線，即P 為“正”、Q為“負”時，電流與電壓的相量關系如圖2(b)所示。

1.3 有功功率流入母線、無功功率流出母線時的相量分析

有功功率流入母線，無功功率流出母線，即P 為“負”、Q為“正”時，電流與電壓的相量關系如圖2(c)所示。

1.4 有功功率、無功功率均流入母線時的相量分析

有功功率、無功功率均流入母線，即P 、Q均為“負”時，電流與電壓的相量關系如圖2(d)所示。

復平面分析法能夠根據復功率S的有功分量P 、無功分量Q的大小，方便地計算出的復角φ ，再根據的相位角與的復角為共軛角，得出電流的相位角-φ。若電流的相位角-φ數值為“正”，則電流相量超前于電壓相量-φ；若電流的相位角-φ數值為“負”，則電流相量落后于電壓相量φ。

以上均以某一相電流、電壓的相量進行的分析，另外兩相電流、電壓的相量，參照電力系統穩態分析中的三相對稱原理，可以方便地獲得。

2 相量實測值錯誤原因分析

實際測量中，考慮到互感器的比差、角差及二次接線角度扭轉等因素，電流與電壓向量的實測值與上述理論分析所得的結果應該基本吻合。如果實測值與上述理論分析結果不符，應從以下方面尋找原因。

2.1 測量儀表和測量方法引起的錯誤

（1）檢查測量儀表是否完好，表用電池應電量充足。

（2）儀表的測量接線要正確無誤；測試時，電流測量鉗極性朝向正確。

（3）作為基準相量的電壓量，盡可能取自距電壓互感器二次繞組電氣距離最近的測量點，以保證其正確性；同時，對接入所測裝置的電壓量應加以核對。

（4）電流量的相量測量，除需在所測屏的端子排處進行測量外，也需對所測裝置接入電流量的相量加以測量。

2.2 互感器二次接線引起的錯誤

（1）實際測得的相位角與理論分析結果相差180o時，應為互感器二次繞組極性接反。比如，把a相互感器的二次繞組的“極性端”與“非極性端”接反。

（2）實際測得的相位角與理論分析結果相差120o或-120o時，應為互感器二次接線相別接錯。比如，把a相互感器的二次接線錯誤地接為b相或c相。

（3）實際測得的相位角和理論分析結果相差60o或-60o時，應為互感器二次接線組別錯誤。比如，在△型接線中把1點鐘接線方式錯接成11點鐘接線方式，或者把11點鐘接線方式錯接成1點鐘接線方式。

（4）實際測得的相位角與理論分析結果相差30o或-30o時，應為互感器二次接線型式錯誤。比如，把Y型接線錯接成△型接線，或者把△型接線錯接成Y型接線。

（5）實際測得的相位角和理論分析結果不符且不是以上幾種情況時，應為多種接線錯誤并存，要根據測得的結果綜合加以分析。

3 結語

相量測量和分析，是電力系統自動化、電氣測量、電能計量專業工作中十分重要的實驗項目，電氣專業人員應熟練掌握、靈活應用。隨著智能化電測儀表的普及應用，相量的測量和分析自動化程度也逐步得到提高。

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