何首賢，郝英軍，姜全錄

(1.大連海洋大學(xué) 職業(yè)技術(shù)學(xué)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(tǒng)的相位和相序及它們之間的關(guān)系

1.1 相位

在電網(wǎng)中，相位是反映交流電任何時(shí)刻狀態(tài)的物理量。交流電的大小和方向是隨時(shí)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(shí)值，Im是交流電流的最大值，f是交流電的頻率，t是時(shí)間。隨著時(shí)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(fù)的最大值，從負(fù)的最大值變到零。在三角函數(shù)中2πft相當(dāng)于角度，它反映了交流電任何時(shí)刻所處的狀態(tài)，是在增大還是在減小，是正的還是負(fù)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(gè)或以上三相交流電源之間的角度差，是兩個(gè)以上電源之間的相對關(guān)系。一般確定其中一個(gè)電源是基準(zhǔn)相位時(shí)，把它當(dāng)做參照值時(shí)另一個(gè)電源與它之間角度差。

目前我國電力系統(tǒng)所采用的供電方式，絕大多數(shù)都是三相制，三相電源通常由三相發(fā)電機(jī)產(chǎn)生，三相之間按照U→V→W→U的順時(shí)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(gè)或以上三相交流電源之間的相位差。超高壓和高壓電網(wǎng)中在經(jīng)過發(fā)電廠及電源聯(lián)絡(luò)線之間同期并列運(yùn)行后，它們之間的相位是一致的，相當(dāng)于各電源同相電氣量的瞬時(shí)值都是按照正弦波形同時(shí)由最小值上升至最大值。對66kV及以下電網(wǎng)來說，在以高壓電網(wǎng)為基準(zhǔn)相位的情況下，在經(jīng)過若干級變壓器變壓后，會因?yàn)樽儔浩鞯慕泳€組別的不同，與高壓電網(wǎng)之間的相位存在一定的角度差。如某66kV系統(tǒng)電源取自變比為220/66kV、接線組別為Y/Y－12的變壓器供電時(shí)，此時(shí)66kV系統(tǒng)與220kV系統(tǒng)的同相之間是同一相位。如某66kV系統(tǒng)電源取自變比為220/66kV、接線組別為Y/△－11的變壓器供電時(shí)，此時(shí)66kV系統(tǒng)與220kV系統(tǒng)的同相之間相角差是超前300的角度。對于10kV電網(wǎng)來說，因?yàn)?6kV變壓器有Y/△－11、Y/△－1、△/Y－11幾種接線組別，10kV電網(wǎng)會因變壓器接線組別的不同，各自配出線路出現(xiàn)一定的相位差，10kV配電變壓器二次的低壓網(wǎng)絡(luò)也是同一道理。

1.2 相序

就是相位的順序，是交流電的瞬時(shí)值從負(fù)值向正值變化經(jīng)過零值的依次順序。一般指同一電源三相之間的順序關(guān)系，三相電源中每相電壓依次達(dá)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(yùn)行時(shí)電力網(wǎng)中的正序?yàn)閁→V→W→U的順序，負(fù)序?yàn)閃→V→U→W的順序。對兩個(gè)或以上電網(wǎng)來說，在確定一個(gè)電源的相序是正確時(shí)，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(shí)際工作，要正確掌握三相電壓的關(guān)系，必須既測量相位(線間電壓)，又要測量相序(三相同步關(guān)系)。

對高壓輸電網(wǎng)絡(luò)來說，一般情況下相序的正確是沒有問題的，由于電網(wǎng)供電的最終目的是保證用電設(shè)備的正常工作，三相動力用電設(shè)備在相序正確時(shí)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(shè)備的相序正確是十分必要的。

正常運(yùn)行時(shí)電源的相序都是按正序運(yùn)行，對用電設(shè)備來說，相序正確是保證三相電動機(jī)正常工作的前提。因?yàn)殡妱訖C(jī)的轉(zhuǎn)動方向受三相電源的相序決定的，如電動機(jī)一次接線U.V.W三個(gè)抽頭，分別與系統(tǒng)的U.V.W對應(yīng)連接或者按W.U.V，V.W.U的順序?qū)?yīng)連接時(shí)，此時(shí)電動機(jī)的轉(zhuǎn)動方向?yàn)檎D(zhuǎn)。如分別與系統(tǒng)的W.V.U對應(yīng)連接或者按U.W.V，V.U.W的順序?qū)?yīng)連接時(shí)，此時(shí)電動機(jī)的轉(zhuǎn)動方向?yàn)榉崔D(zhuǎn)，電動機(jī)所帶動力負(fù)荷則不能正常工作。

2 相位差符合條件是電網(wǎng)并環(huán)的主要條件

系統(tǒng)間并環(huán)的基本條件是:1)并列開關(guān)兩側(cè)的相序、相位相同。2)并列開關(guān)兩側(cè)的頻率相等。3)并列開關(guān)兩側(cè)的電壓相等。以上三個(gè)并環(huán)的基本條件中，同一電力系統(tǒng)中電網(wǎng)頻率一般情況下都是相等的;各系統(tǒng)電壓可以在并環(huán)前按要求進(jìn)行調(diào)整后再進(jìn)行并環(huán)操作。唯有相位和相序是在線路、變壓器等電氣設(shè)備在施工完成后以固定的狀態(tài)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(wǎng)中的線路與線路之間，變壓器與變壓器之間，理想的相位關(guān)系應(yīng)該是同一相位，特別在電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線增多及供電可靠性要求較高的情況下，當(dāng)某一電源停電或運(yùn)行方式調(diào)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(shí)現(xiàn)運(yùn)行方式的倒換操作。因此要在兩個(gè)系統(tǒng)間實(shí)現(xiàn)并環(huán)操作必須提前核定相位和相序是一致的，才能進(jìn)行并環(huán)操作，否則可能因?yàn)榻嵌炔钤斐森h(huán)流過大而造成電網(wǎng)事故。

3 因相位不同進(jìn)行電網(wǎng)并環(huán)的后果

兩系統(tǒng)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(chǎn)生一定的環(huán)流，環(huán)流的大小與電壓差的大小有直接關(guān)系。至于因相位差的程度而引起環(huán)流的大小可通過圖1示例說明:如A、B兩個(gè)66kV變電站的主變接線組別分別為Y/Y －12、Y/△－11接線，當(dāng)各自配出的10kV線路進(jìn)行并環(huán)操作時(shí)，就會因?yàn)橥嘀g相位差300而產(chǎn)生電壓差，計(jì)算過程如下:

圖1 角度差300的兩條10kV線路聯(lián)絡(luò)示意圖及向量圖

據(jù)圖1中向量圖分析結(jié)果如下:

在同相之間角度差為300時(shí);電壓差為:

當(dāng)兩根條線路的阻抗均為2.5Ω時(shí)

并環(huán)環(huán)流:I=uab/(Za+Zb)=3.16/5=0.632(kA)

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

如果兩條線路之間存在更大相位差時(shí)，電壓差和環(huán)流將會更大。當(dāng)相位差為+1200或－1200時(shí)，并環(huán)開關(guān)兩側(cè)的電壓差會達(dá)到線電壓的數(shù)值，相當(dāng)于兩側(cè)電網(wǎng)同時(shí)發(fā)生相間短路故障，短路電流大小與線路阻抗有關(guān)。按上例電網(wǎng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，I=uab/(Za+Zb)=10.5/5=2.1(kA)。較大的短路電流將對電網(wǎng)造成很大的沖擊。所以說，電網(wǎng)并環(huán)必須保證相位一致，否則就會造成電網(wǎng)事故。

以上分析是在未考慮系統(tǒng)阻抗角引起的相位變化的基礎(chǔ)上計(jì)算的，對于比較復(fù)雜環(huán)網(wǎng)的操作，應(yīng)首先進(jìn)行計(jì)算和校驗(yàn)，確保合環(huán)開關(guān)兩側(cè)的相位相同，電壓差、相角差應(yīng)符合規(guī)定;確保合環(huán)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，潮流變化不超過電網(wǎng)穩(wěn)定、設(shè)備容量等方面的限制。

4 電網(wǎng)并環(huán)操作還應(yīng)注意的問題

在電網(wǎng)并環(huán)操作時(shí)，兩側(cè)相位一致是基本條件，但即使相位一致，也必須考慮并環(huán)兩端的潮流串動，因?yàn)殡娋W(wǎng)并環(huán)時(shí)的負(fù)荷變化主要由兩部分引起，一部分是平衡功率，即因?yàn)榻嵌炔睢㈦妷翰畹纫鸬墓β蚀畡?。另一部分是供載功率，主要是由于負(fù)荷分布引起功率串動。在角度差、電壓差已經(jīng)滿足條件的情況下，還必須對系統(tǒng)的供載功率進(jìn)行計(jì)算，確保并環(huán)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，潮流變化不超過電網(wǎng)穩(wěn)定、設(shè)備容量等方面限制。

5 結(jié)語

現(xiàn)代電網(wǎng)是三相電源組成的供電網(wǎng)絡(luò)，電源之間、設(shè)備之間有電氣聯(lián)系部分勢必存在一定的相位和相序關(guān)系。為了保證電網(wǎng)和電氣設(shè)備的安全正常運(yùn)行，往往需要進(jìn)行各種類型的電網(wǎng)操作。其中對電網(wǎng)相位和相序有特殊要求的，必須對相位、相序的影響因素進(jìn)行分析并做一些必要的核相工作，確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

［1］ 賈偉主.電網(wǎng)運(yùn)行與管理［M］.北京:中國電力出版社，2007.

［2］ 東北電業(yè)管理局調(diào)度局.電力系統(tǒng)運(yùn)行操作和計(jì)算［M］.北京:水利電力出版社，1977.

［3］ 王世禎.電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行技術(shù)［M］.沈陽:東北大學(xué)出版社，1997.