电力系统相量分析与实践应用

韩子奇

（浙江大学宁波理工学院 ,浙江 宁波 315100）

0 引言

根据电力系统一次潮流的状况，测量和分析二次侧的电流与电压的相量关系，是判断电流、电压互感器及其二次接线是否正确的重要手段。互感器及其二次接线的正确与否直接关系到电气测量系统能否精准测量、继电保护及自动装置能否正确动作、电能计量装置能否准确计量，进而关系到电力系统的稳定控制、安全运行，以及电能交易的公平公正。

1 典型潮流状况下的相量分析

电力系统的潮流状况，由电源点的分布及出力、电网的网架结构、无功调节装置布点和调节策略、负荷分布情况等因素来决定，是相量测量和分析的重要判据。在交流系统中，只有有功功率流入或流出母线的状况相对较少，只有无功功率流入或流出母线的状况一般在无功调节设备安装处，这四种情况的相量测量和分析相对简单，本文不作讨论。下面对既有有功功率又有无功功率流入、流出母线的四种典型潮流状况下的电压、电流的相量进行分析。

在电路分析中，交流量一般采用复数表示，本文采用复平面分析法来分析电流与电压的相量关系。在电力系统中，电压的幅值及相位角是由电网网架结构、电力变压器的接线组别、系统电压等级等因素决定的，一般不随电力系统潮流的变化而变化，因此本文以电压量作为基准相量（即假定相电压相量来分析电流与电压的相量关系。

潮流用复功率表示为：

1.1 有功功率、无功功率均流出母线时的相量分析

有功功率、无功功率均流出母线，即P 、Q均为“正”时，电流与电压的相量关系如图2(a)所示。

1-φ φ的相位角为1，即电流相量落后于电压相量1。

1.2 有功功率流出母线、无功功率流入母线时的相量分析

有功功率流出母线，无功功率流入母线，即P 为“正”、Q为“负”时，电流与电压的相量关系如图2(b)所示。

1.3 有功功率流入母线、无功功率流出母线时的相量分析

有功功率流入母线，无功功率流出母线，即P 为“负”、Q为“正”时，电流与电压的相量关系如图2(c)所示。

1.4 有功功率、无功功率均流入母线时的相量分析

有功功率、无功功率均流入母线，即P 、Q均为“负”时，电流与电压的相量关系如图2(d)所示。

复平面分析法能够根据复功率S的有功分量P 、无功分量Q的大小，方便地计算出的复角φ ，再根据的相位角与的复角为共轭角，得出电流的相位角-φ。若电流的相位角-φ数值为“正”，则电流相量超前于电压相量-φ；若电流的相位角-φ数值为“负”，则电流相量落后于电压相量φ。

以上均以某一相电流、电压的相量进行的分析，另外两相电流、电压的相量，参照电力系统稳态分析中的三相对称原理，可以方便地获得。

2 相量实测值错误原因分析

实际测量中，考虑到互感器的比差、角差及二次接线角度扭转等因素，电流与电压向量的实测值与上述理论分析所得的结果应该基本吻合。如果实测值与上述理论分析结果不符，应从以下方面寻找原因。

2.1 测量仪表和测量方法引起的错误

（1）检查测量仪表是否完好，表用电池应电量充足。

（2）仪表的测量接线要正确无误；测试时，电流测量钳极性朝向正确。

（3）作为基准相量的电压量，尽可能取自距电压互感器二次绕组电气距离最近的测量点，以保证其正确性；同时，对接入所测装置的电压量应加以核对。

（4）电流量的相量测量，除需在所测屏的端子排处进行测量外，也需对所测装置接入电流量的相量加以测量。

2.2 互感器二次接线引起的错误

（1）实际测得的相位角与理论分析结果相差180o时，应为互感器二次绕组极性接反。比如，把a相互感器的二次绕组的“极性端”与“非极性端”接反。

（2）实际测得的相位角与理论分析结果相差120o或-120o时，应为互感器二次接线相别接错。比如，把a相互感器的二次接线错误地接为b相或c相。

（3）实际测得的相位角和理论分析结果相差60o或-60o时，应为互感器二次接线组别错误。比如，在△型接线中把1点钟接线方式错接成11点钟接线方式，或者把11点钟接线方式错接成1点钟接线方式。

（4）实际测得的相位角与理论分析结果相差30o或-30o时，应为互感器二次接线型式错误。比如，把Y型接线错接成△型接线，或者把△型接线错接成Y型接线。

（5）实际测得的相位角和理论分析结果不符且不是以上几种情况时，应为多种接线错误并存，要根据测得的结果综合加以分析。

3 结语

相量测量和分析，是电力系统自动化、电气测量、电能计量专业工作中十分重要的实验项目，电气专业人员应熟练掌握、灵活应用。随着智能化电测仪表的普及应用，相量的测量和分析自动化程度也逐步得到提高。

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