基于66kV及以下電網的相位與相序的研究

何首賢，郝英軍，姜全錄

(1.大連海洋大學 職業技術學院，遼寧 大連 116300;2.大連瓦房店供電分公司，遼寧 大連 116300)

1 電力系統的相位和相序及它們之間的關系

1.1 相位

在電網中，相位是反映交流電任何時刻狀態的物理量。交流電的大小和方向是隨時間變化的。比如正弦交流電流，它的公式是i=Imsin2πft。i是交流電流的瞬時值，Im是交流電流的最大值，f是交流電的頻率，t是時間。隨著時間的推移，交流電流可以從零變到最大值，從最大值變到零，又從零變到負的最大值，從負的最大值變到零。在三角函數中2πft相當于角度，它反映了交流電任何時刻所處的狀態，是在增大還是在減小，是正的還是負的等等。因此把2πft叫做相位，一般情況下我們所說的相位是指比較兩個或以上三相交流電源之間的角度差，是兩個以上電源之間的相對關系。一般確定其中一個電源是基準相位時，把它當做參照值時另一個電源與它之間角度差。

目前我國電力系統所采用的供電方式，絕大多數都是三相制，三相電源通常由三相發電機產生，三相之間按照U→V→W→U的順時針順序相位互差1200，U相超前V相1200，V相超前W相1200，W相超前U相1200。我們所說的相位一般是兩個或以上三相交流電源之間的相位差。超高壓和高壓電網中在經過發電廠及電源聯絡線之間同期并列運行后，它們之間的相位是一致的，相當于各電源同相電氣量的瞬時值都是按照正弦波形同時由最小值上升至最大值。對66kV及以下電網來說，在以高壓電網為基準相位的情況下，在經過若干級變壓器變壓后，會因為變壓器的接線組別的不同，與高壓電網之間的相位存在一定的角度差。如某66kV系統電源取自變比為220/66kV、接線組別為Y/Y－12的變壓器供電時，此時66kV系統與220kV系統的同相之間是同一相位。如某66kV系統電源取自變比為220/66kV、接線組別為Y/△－11的變壓器供電時，此時66kV系統與220kV系統的同相之間相角差是超前300的角度。對于10kV電網來說，因為66kV變壓器有Y/△－11、Y/△－1、△/Y－11幾種接線組別，10kV電網會因變壓器接線組別的不同，各自配出線路出現一定的相位差，10kV配電變壓器二次的低壓網絡也是同一道理。

1.2 相序

就是相位的順序，是交流電的瞬時值從負值向正值變化經過零值的依次順序。一般指同一電源三相之間的順序關系，三相電源中每相電壓依次達到同一值(例如正的最大值)的先后次序稱為三相電源的相序。正常運行時電力網中的正序為U→V→W→U的順序，負序為W→V→U→W的順序。對兩個或以上電網來說，在確定一個電源的相序是正確時，另一電源只要與它之間的相位是一致的，那它們之間的相序也同樣是一致的。

在實際工作，要正確掌握三相電壓的關系，必須既測量相位(線間電壓)，又要測量相序(三相同步關系)。

對高壓輸電網絡來說，一般情況下相序的正確是沒有問題的，由于電網供電的最終目的是保證用電設備的正常工作，三相動力用電設備在相序正確時能夠保證正常工作，反之則不會正常工作，因此保證三相用電設備的相序正確是十分必要的。

正常運行時電源的相序都是按正序運行，對用電設備來說，相序正確是保證三相電動機正常工作的前提。因為電動機的轉動方向受三相電源的相序決定的，如電動機一次接線U.V.W三個抽頭，分別與系統的U.V.W對應連接或者按W.U.V，V.W.U的順序對應連接時，此時電動機的轉動方向為正轉。如分別與系統的W.V.U對應連接或者按U.W.V，V.U.W的順序對應連接時，此時電動機的轉動方向為反轉，電動機所帶動力負荷則不能正常工作。

2 相位差符合條件是電網并環的主要條件

系統間并環的基本條件是:1)并列開關兩側的相序、相位相同。2)并列開關兩側的頻率相等。3)并列開關兩側的電壓相等。以上三個并環的基本條件中，同一電力系統中電網頻率一般情況下都是相等的;各系統電壓可以在并環前按要求進行調整后再進行并環操作。唯有相位和相序是在線路、變壓器等電氣設備在施工完成后以固定的狀態存在的，而且因各種因素影響容易引起相位和相序的混亂。在同一電壓等級的中低壓電網中的線路與線路之間，變壓器與變壓器之間，理想的相位關系應該是同一相位，特別在電網聯絡線增多及供電可靠性要求較高的情況下，當某一電源停電或運行方式調整的需要，線路與線路之間、變壓器與變壓器之間需要在不停電的情況下實現運行方式的倒換操作。因此要在兩個系統間實現并環操作必須提前核定相位和相序是一致的，才能進行并環操作，否則可能因為角度差造成環流過大而造成電網事故。

3 因相位不同進行電網并環的后果

兩系統間只要存在相位差，就存在一定的電壓差，在該電壓的作用下會產生一定的環流，環流的大小與電壓差的大小有直接關系。至于因相位差的程度而引起環流的大小可通過圖1示例說明:如A、B兩個66kV變電站的主變接線組別分別為Y/Y －12、Y/△－11接線，當各自配出的10kV線路進行并環操作時，就會因為同相之間相位差300而產生電壓差，計算過程如下:

圖1 角度差300的兩條10kV線路聯絡示意圖及向量圖

據圖1中向量圖分析結果如下:

在同相之間角度差為300時;電壓差為:

當兩根條線路的阻抗均為2.5Ω時

并環環流:I=uab/(Za+Zb)=3.16/5=0.632(kA)

根據以上分析可見，在兩條線路之間相位相差300角度時，并環的兩條線路同相之間的電壓差為3.16kV。也說明了并環的環流大小與相位差及線路阻抗大小有關，電壓差一定時，阻抗越大，環流越小，阻抗越小，環流越大，如果在線路首端進行并環，環流將是很大的。

如果兩條線路之間存在更大相位差時，電壓差和環流將會更大。當相位差為+1200或－1200時，并環開關兩側的電壓差會達到線電壓的數值，相當于兩側電網同時發生相間短路故障，短路電流大小與線路阻抗有關。按上例電網出現這種情況時，I=uab/(Za+Zb)=10.5/5=2.1(kA)。較大的短路電流將對電網造成很大的沖擊。所以說，電網并環必須保證相位一致，否則就會造成電網事故。

以上分析是在未考慮系統阻抗角引起的相位變化的基礎上計算的，對于比較復雜環網的操作，應首先進行計算和校驗，確保合環開關兩側的相位相同，電壓差、相角差應符合規定;確保合環網絡內，潮流變化不超過電網穩定、設備容量等方面的限制。

4 電網并環操作還應注意的問題

在電網并環操作時，兩側相位一致是基本條件，但即使相位一致，也必須考慮并環兩端的潮流串動，因為電網并環時的負荷變化主要由兩部分引起，一部分是平衡功率，即因為角度差、電壓差等引起的功率串動。另一部分是供載功率，主要是由于負荷分布引起功率串動。在角度差、電壓差已經滿足條件的情況下，還必須對系統的供載功率進行計算，確保并環網絡內，潮流變化不超過電網穩定、設備容量等方面限制。

5 結語

現代電網是三相電源組成的供電網絡，電源之間、設備之間有電氣聯系部分勢必存在一定的相位和相序關系。為了保證電網和電氣設備的安全正常運行，往往需要進行各種類型的電網操作。其中對電網相位和相序有特殊要求的，必須對相位、相序的影響因素進行分析并做一些必要的核相工作，確保電網的安全穩定運行。

［1］ 賈偉主.電網運行與管理［M］.北京:中國電力出版社，2007.

［2］ 東北電業管理局調度局.電力系統運行操作和計算［M］.北京:水利電力出版社，1977.

［3］ 王世禎.電網調度運行技術［M］.沈陽:東北大學出版社，1997.