电力系统相量图的绘制方法

摘要新建或者进行技术改造的电气工程，在投运前都必须进行相量图绘制，以保证电流及电压回路的正确性。本文主要介绍相量图的概念、原理以及绘制方法等内容。分析了相量图的作用、两种绘制方法的比较和绘制相量图的适用条件。

关键词相量图瓦特表法相位表法

中图分类号：F407.61 文献标识码：A 文章编号：

1 引言

为确保电力系统安全可靠连续运行，《电力技术规程》规定变电站各电气设备每年必须按照《电气实验规程》的要求进行预防性检修试验，以确保电气设备、保护装置与自动装置的完好和动作灵活可靠性。

保护装置是电力系统中重要的安全装置之一，为电力系统安全运行提供重要保证，其接线的正确性和可靠性至关重要，一旦有误，将造成无法估量的后果，因此，每年的电气预防性检修试验都要对保护装置的交流回路接线进行检验，并且是一项十分重要的工作。交流回路接线包括电压回路和电流回路，检验它们的接线正确性和可靠性的方法，通常采用负荷电流和工作电压进行检验。通过几年的工作实践，发现常规的保护装置电流回路接线正确性和可靠性检验方法，实验接线复杂，操作不简便，处理实验数据和绘制相量图极为不便，通过认真分析和总结，找到了一种简易的判断保护装置电流回路相序、相别及相位的检验方法，即相量图的测定方法，能达到事半功倍的效果，因此，把它总结出来，与大家共勉。

2 相量图的概念、原理

所谓相量图就是利用功率表测量电流相位的一种方法，它是一种简单有效的相位检测方法。利用相量图能正确的判断出：

1)同一组电流互感器三相电流之间的相位是否正确。

2)功率方向继电器接线是否正确。

3)差动保护中不同组别电流互感器的电流相位是否正确。

4)电流互感器变比是否正确。因此，相量图在实际应用中具有相当广泛的用途。

相量图的原理：

在一定坐标系统中，任何相量都可以用它在任何两个相交轴上的垂直投影来表示。根据这一原理，我们采用的坐标系统是互成120°的三相对称电压系统。由于线电压不受零序电压的干扰，所以采用三相线电压作为测量三相电流相位的基准量。在相量图中，被测电流在一个电压相量上的投影，可以确定该电流相量端点的轨迹；在两个电压相量上的投影，可以确定被测电流相量端点的位置(即电流的相位和大小)；

图1：不同负载下的相位图

利用功率来判断测量的角度正确性，线路送出功率和倒送功率时电流电压的超前关系．

图2：功率复平面图

3 相量图的绘制方法

3.1 保护装置相量图测定的常规方法—瓦特表法

原理 功率表法的原理是用被测电流在已知电压相量上的投影来判断被测电流的方向 和大小是否正确。在相量图中，被测电流在一个电压相量上的投影，可以确定该电流相量端点的轨迹；在两个电压相量上的投影，可以确定被测电流相量端点的位置(即电流的相位和大小)；在第三个电压相量上的投影，可以检查试验结果的准确性。

试验接线和试验方法 将被测电流IA按规定极性接入功率表的电流端子，再将同一系统的电压Uab、Ubc、Uca按规定极性依次接入同一功率表的电压端子，分别读取Uab、Ubc、Uca电压下的功率表的“读数”。为简化起见，该读数一般不必记录实际功率值，而以功率表指针偏转的格数表示为电流的“大小”，以功率表切换开关的方向表示为电流的“正负”。之后，再依次将IB、IC接入功率表重复上述试验。为节约试验时间，试验时也可准备三只同型号的功率表，其电流端子分别按规定极性接入IA、IB、IC，三只功率表的电压端子同极性并联后，依次接入同一系统的电压Uab、Ubc、Uca，分别读取三只功率表对应的“读数”，记入附表中。

电流相量相量图的画法 (1)在测量电流相量相量图的专用坐标纸上按适当比例画出土Uab、Ubc、土Uca(或土Uao、土Ubo、Uco)电压相量。 (2)在Uab相量上找出接入IA、Uab的功率表的读数位置，过该点作Uab的垂线L1—L2。 (3)在Ubc相量上找出接入IA、Ubc的功率表的读数位置(+17．5)，过该点作Ubc的垂线M1一M2。 (4)在Uca相量上找出接入IA、Uca的功率表的读数位置(-50)，过该点作Uca的垂线Nl—N2。三条直线Ll—L2、M1—M2、N1—N2应相交于一点A，OA就是电流IA的相量。当读数有误差时，三条直线可能相交于三点，只要三个交点比较靠近，就不影响试验结果的准确性。此时取三个交点的中心作为IA的端点。同样的方法作出IB和IC的相量，这样就作出了电流相量相量图。

3.2 保护装置相量图测定的简易方法—相位表法

通过对相量图的分析，我们知道，叛定保护装置电流回路相序、相别及相位的正确与否，最终落在相量图上同一相电流的相量上，它们之间的相位角是否为180°，为此在进行保护装置相量图测定时，只需一块相位表直接测定电流对三个相间电压Uab、Ubc、Uca的相位角，根据相位角画出它们的相量图，就可叛别电流相量之间的相位角是否为180°，从而判定保护装置结线的正确性。实测时由于读数的误差，相位角有一定出入，在绘制相量图时有一定的偏差，但相差不会太大，最多不超过5°，不会影响对测量结果的分析。可取三次测量的平均值，以接近实际情况。

4 结论

通过保护装置电流回路相量图测定的两种方法的分析比较，不难看出，简易方法即相位表法比常规方法即瓦特表法更直观、更简便，绘制相量图时也更方便，易于接受，它是利用常规方法即瓦特表法最终要达到的目的为依据来解决问题的，起到了事半功倍的效果。当只需要判断保护装置电流回路相序、相别及相位是否正确而无需了解其电流大小时，采用相位表法无疑是一种简单易行的方法。

在进行相量图实验时，需要了解有功功率的输送情况，功率因数或无功功率的大致的数值，才能得出正确的判断，在这些情况没有很好的了解时(如两端有电源的线路，在通过线路输送的有功功率甚少，或摆动不定时)最好不要进行相量图的实验，进行相量图实验一般应选择输送功率很稳定的时候进行。利用相量图可以方便简单快捷的测量电流的相位，能够快速判断功率方向继电器等的接线是否正确，因此，熟练掌握相量图是非常必要和有意义的。 另：现在有更方便的钳型相位表，可以方便的测量相位，甚至可以直接以相量图的型式显示出来，所以不到没有办法的情况下，不建议使用相量图法。因为在运行中设备的二次电流回路上工作毕竟是有一定危险的。

现在我们普遍用钳行电流表和相位表测量出相位的关系，然后绘图，即可利用功率关系算出电流和电压之间的关系，和测量的相位关系比较．用钳形电力参数相量仪，可以很方便的直接测量出三相电压、电流的大小和相量，从而直接就可以作出相量图。

参考文献

[1]电力设备预防试验规程（DL/T596－1996）修订说明［J］. 中国电力出版社．

[2] 郑尧,李兆华,谭金超等．电能计量技术手册［J］. 中国电力出版社．

[3] 电工技术杂志编辑部．电工技术[J]. 重庆：科技部西南信息中心．

作者介绍

唐永胜（1984-）助理工程师

王小刚（1979-）助理工程师

王进新（1986-）助理工程师