配电网相序及相位试验

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B A AB U U U ?
-=表示线电压和相电压间的向量关系，其余依此类推。

C
BC
（a ）
CB
（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。

b
a
I B
.
（a ）
A
.
.
U C a b
c
D
.
U b .
（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
-=-=-=?
N C c N B b N A a U U U U U U U U U 000000 （13-5）
负载电流由式（13-6）确定，即
-==-==-=
=
c
N C c c C b
N B b b B a
N A a a A Z U U Z U I Z U U Z U I Z U U Z U I 000000 （13-6）
由基尔霍夫第一定律得
0=++?
C B A I I I （13-7）
即
0000=-+-+-?
c
N
C b N B a N A Z U U Z U U Z U U
或 0000=-+-+-?
N c C c N b B b N a A a U Y U Y U Y U Y U Y U Y
解得 c
b a C
c B b A a N Y Y Y U Y U Y U Y U ++++=
0 （13-8）
上四式中A U ?、B U ?和C U ?
——电源A 、B 和C 三相的相电压（V ）； 0a U ?
、0b U ?
和0c U ?
——a 、b 和c 三相负载承受的电压（V ）；
a Z 、
b Z 和
c Z ——三相不平衡负载的阻抗（Ω）；
a Y 、
b Y 和
c Y ——三相不平衡负载的导纳（S ）；
N U 0?
——电源中性点和负载中性点之间的电压（V ）。

将N U 0? 值代入式（13-5）解得
c
b a c
C b B a A A N A a Y Y Y Y U Y U Y U U U U U ++++-
=-=?
00
即 c
b a C A
c B A b a Y Y Y U U Y U U Y U ++-+-=
)
()(0
同理解得 000()()()()()()A B A C b c a a b c
B C B A c a b a b c
C A C B a b c a b c
Y U U Y U U U Y Y Y Y U U Y U U U Y Y Y Y U U Y U U U Y Y Y ?
-+-?=
++??-+-?
=?++?
-+-?=?++??
（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Z C X a ==
ω1（复阻抗jZ C
j Z a -=-=ω1
）
，即jZ Z Y a a 11-==并选b 、c 两相指示灯的电阻值R 与a 相的容抗值相等（即Z b =Z c =Z 或Y b =Y c =Z
1
），进行计算分析。

如以A 相作基准向量，即设
A U ?
=00100∠
则
000000000100120100[cos(120)sin(120)]
100[cos(18060)sin(18060)]100(cos 60sin 60)1100()
22
50B U j j j j j ?
=∠-=-+-=+++=--=--=--
同理
10012050C U j ?
=∠+=-+将Y a 、Y b 、Y c 和A U ?
、B U ?
、C U ?
各值分别代入式（13-8）和式（13-9）解得
(01111005050111A B C
a b c N a b c
Y U Y U Y U U Y Y Y j j jZ Z
Z jZ Z Z
++??+---+??-??
=
++- 因为 1j j
=
- 2
1j =- 所以
20
1
(10050501
(11)2002001001005
2060
63.2108.4ON j j j Z U j Z
j j j j --+=
++-++-=
=-+=∠+g
同理
0000
()()
11
(100050(1000501
(11)1005010050212060134.226.6A B A C b c a a b c Y U U Y U U U Y Y Y j j Z
Z j Z
j
-+-=
++∠+++∠+-=+++++-=
+=-=∠-
00
()()
1(5050(50100)
21
(11)30146.5149.5101.6B C B A c a b a b c Y U U Y U U U Y Y Y j
j j j Z
j Z
j ?
-+-=
++---+--=++=
=--=∠-
000
()()
1
(501000)(50501
(11)15023026.5240138.5C A C B a b c a b c
Y U U Y U U U Y Y Y j j j j Z
Z j Z
j j j
j
-+-=
++-+∠+--+=++--=
+=-+=∠+ 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Z a 等于无穷大，而b 、c 相负载相等时，则
00180502
35050350502
11111-∠-=+---=
+=
++++=
++++=
j j U U Z Z Z U Z U Z Z U Y Y Y U Y U Y U Y U C
B c
b a C
c B b a A c
b a C
c B b A a N
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
BC U ?上，所以两相指示灯承受的电压相等，分别等于bD U ?和cD U ?
，这时指示灯的亮度相同。

当a 相负载短路，即阻抗Z a 趋近于零，而b 、c 相负载相等，则Y a 为无穷大，此时N
U 0?
为
A
A a c a b a a C a c
B a b A a
a c
b a C
c B b A a N U U Y Y Y Y Y Y U Y Y U Y Y U Y Y Y Y Y U Y U Y U Y U ??
=++++=
++++=++++=
01000 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AB
U ?
和AC U ?
，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X L =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D g a '移动（图13-3，b ）。

C
B
A
（a ）
A B C
（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
B A C
C A B '''
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
TV 1、TV 2——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a a '、b a '、c a '、a b '、b b '、c b '、a c '、b c '和
c c '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。