变电站相序接反实例分析
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前好几年,笔者作为市电业局到某县局辅导调度自动化实用化验收的准备工作,到某35千伏变电站作遥测检查时,发现有功测量正常,无功指示偏负,无功电度表稍向倒走。笔者带的是多功能测量仪器,仪器屏幕上显示向量图B、C两相倒置,疑为全站反相序运行。于是笔者用笔在纸上作向量分析,符合发现的现象。到前年笔者到该县参加办电工进网考试辅导班时,一位主任告诉笔者,该站需要与其它站并列以转移负荷,这是第一次要并列,在试验相序时无论哪相对哪相都试不对。笔者想起了相序问题,笔者肯定地说,相序错了,不可能试对。这证实了笔者原来的的判断。
为什么,到最后再讲,现在对测量状况作一下向量分析。有比较才有鉴别,我们下边对有功和无功分别作一下正相序、反相序分析。因字库不全,我们用符号顶上带“`”代替“·”表示交流电向量。
一、有功正相序
图1是有功表正相序接线和向量。因为是35、10千伏三相三线制,采用两元件法,如图1(A)。第一个元件M1取A相电流和UA、UB线电压UAB,相角差30 º+φ1;第二个元件M2取A相电流和UB、UC线电压的反相UCB,相角差30 º-φ2;现在分别对两元件进行计算,参看图1(B)。
3P=M1+M2=IAUABcos(30 º+φ1)+ICUCBcos(30 º-φ2) ——(1)
我们来证明这个公式的正确性:
3P= PA+PB+PC=Ù AÌA+ÌBÙ B+ÙCÌC ——(2)
因为,ÌA+ÌB+ÌC=0,ÌB=-ÌA-ÌC,代入②式:
3P=ÌAÙ A-ÌAÙ B-ÌCÙ B+ÌCÙC
=ÌA(ÙA-ÙB)-ÌC(ÙB-ÙC)
=ÌAÙAB-ÌCÙBC
=ÌAÙA B+ÌCÙCB
= IAUABcos(30 º+φ1)+ICUCBcos(30 º-φ2) ——(3)
③式第3步骤到第4步骤的转换是因为-Ù B C=ÙCB 。
公式证明,图1两元件接法完全可以测量三相有功功率或电能,而不管三相电压或三相电流是否平衡,并且不需要乘任何系数。
二、有功反相序
当接线为反相序、并且是B、C两相倒置时,成为图2形式。接错线后,ÙA B 成了ÙAC ,ÙCB成了ÙBC ,依此对照向量图图2(B),公式可以写成:
3P=M1+M2=IAUACcos(30 º+φ1)+IBUBCcos(30 º-φ2)——(4)
我们再来证明此式是否可以正确测量三相有功功率3P或电能:
3P= PA+PB+PC=Ù AÌA+ÌBÙ B+ÌCÙC ——(5)
因为,ÌA+ÌB+ÌC=0,ÌC=-ÌA-ÌB,代入②式:
3P=ÌAÙ A+ÌBÙ B-ÌAÙC-ÌBÙC
=ÌA(ÙA-ÙC)+ÌB(Ù B-ÙC)
=ÌAÙAC+ÌCÙBC
=M1+M2 ——(6)
对照图(2B)计算式为:
3P=M1+M2=IAUACcos(30 º+φ1)+IBUBCcos(30 º-φ2) ——(7)
以上证明,一次系统反相序接线对有功测量是没有影响的。实际上,一次系统反相序接线,会引起电动机倒转,倒转仍然是正功率。只是电动机设计是正转的,在电动机上调整两个线头就可以了。
三、无功正相序
无功测量与有功测量有所不同,有功测量两元件是三个单相功率之和推导出来的,而无功测量仍用有功表,用电压跨相接线、转变为无功的量的方法实现的,其结果需要成一定的系数,更重要的是要求三相电压、电流平衡。一般在中压线路如6、10、35千伏,三相电压、电流基本平衡,适用三相三线制、两元件跨相90º接线,接线图和向量图看图3。
图3中A相电流取BC电压,C相电流取AB电压,相角是90º减功率因数角φ,计算公式为:
M1=UBCIACcos(90º-φ1)
=UBCIAsinφ1
M2=UABICcos(90º-φ2)
=UABICsinφ2 ——(8)
当三相电路完全对称时,有功表的读数为:
M=M1+M2=2UIsinφ ——(9)
我们知道,三相无功功率3Q为:
3Q=√3UIsinφ ——(10)
为了得到(10)式三相无功功率数值,(9)式读数应乘以√3/2:
2UIsinφ×√30º+ φ1/2=√3UIsinφ=3Q ——(11)
这是两元件跨相90º测量无功功率的结果。
四、无功反相序
现在看反相序而且是B、C两相倒置后的情况。看图4。图4(A)是接线图,图4(B)是向量图。
这种情况,接线图把B、C相名对换一下,向量图把把B、C相名对调一下,UAB变为UAC,UBC变为UCB,相角都有改变,我们按图把公式写出来:
M1= IA UCB cos(90º+φ1)=-IAUCB sinφ1
M2= IB UAC cos(90º-φ1)=IBUACsinφ2
M= M1+M2= IBUACsinφ2-IAUCB sinφ1 ——(12)
结果,两个元件方向相反,平衡时两元件大小相等,方向相反,指示等于零。但因为三相不是绝对平衡,两元件大小不一样。如果IA元件值比Ic元件值大,则总无功呈现负值,电度表倒转。反之,则呈现正值。我们看到的是前者,指示负值。我们测的是101开关(10千伏进线开关),笔者注意了一下变电站电容器未投,无功不可能反送。
以上得出的结论是当变电站反相序运行且BC两相倒置时,有功指示不受影响,无功指示或正或负,但都不大。
ABC共有六种排列,ABC、BCA、CAB三种正相序,ACB、CBA 、BAC三种反相序,总起来经分析和演算,这六种相序排列对于有功测量都没有影响,对于无功,前三种正相序,两元件相角都是“90º-φ1”,读数应该是正确的;后三种反相序,两元件相角都是一个“90º-φ”,一个“90º+φ”,方向是相反的,读数是错误的,有反转可能。
五、与别站试相序
可能是因为线路的延长,与相邻变电站需要并列以转移负荷,这之前要试相序。但怪现象出现了,两边的三个线头无论怎么相对,就是找不到同名相。两站各自在站内相对,都很正常,最后终于没有试成。后来笔者到该县参加对进网电工作考试前培训,见了县供电局的参加过实用化验收的负责人,告诉笔者相序不能试的怪事。笔者立即说:“这个变电站是反相序!”
为什么呢?交流电的向量是旋转向量,因为是同频率的,所以才能以固定的方式来表示,其所处的角度是初相位,量与量之间的角度、大小关系是相对的。我们把变压器比作电动机反转带动的发电机,当一个站是反相序时,它输出的电压也是反转的,这和正相序(相当于正转)的变电站永远不可能同步。虽然有同名相,但一个正转,一个反转,不可能试成同相,如图5。打个比方,在环形跑道上有两个运动员,如果两个人都是逆时针方向跑步,位置并列,速度相同,他们就是同步的。但是如果两个人方向相反,即如在同一点同时起跑,速度相同,也不能同步。反转跑到相遇时,仅仅擦身而过,就又远去。
此事印证了笔者测量并分析出来的该变电站反相序的结论。马达反转还可以对调任两相线头,但作为变电站,必须接对本地区电网的同名相。
参考文献:
1、《电工基础》上册 俞大光编 人民教育出版社
2、《电度表与电度计量》陕西电管局中心试验所编 陕西科学技术出版社
3、《防治窃电实用技术》 李景村 主编 中国水利电力出版社