带负荷判方向试验入门浅析郑宁波

带负荷判方向试验入门浅析郑宁波

郑宁波

（广西大学电气工程学院）

摘要：本文对电力系统的带负荷判方向试验进行概述，用例图展示了电压电流方向与其安装接线的关系以及电流电压的同步性，简述了带负荷判方向的方法。

关键词：试运行；判方向；功率方向；电压电流夹角

一、引言

带负荷判方向试验需要值班员改变继电保护运行方式以配合工作，试验过程存在一定风险，但由于其专业性交强，不易为值班员理解。本文从一些基本概述发出，深入浅出的阐述了带负荷判断方向试验的目的和方法。

二、带负荷判方向试验概述

带负荷判方向，在本文是指在试运行过程中带负荷判断电压与电流的相对方向。

1、什么是电压与电流的相对方向？

电压与电流的相对方向，其实就是所谓“功率方向”。

我们知道，电压电流是向量，有方向，而功率是一个标量，没有方向。但为了方便理解，我们常说功率是有方向的。这种方向，不是数学意义上的“向量方向”，而是相对于某一事先给定点，为了方便表征正负意义的方向。在电力系统中，这一“事先给定点”通常指电网系统或者变电站母线。例如，继保功率方向继电器规定：有功功率的方向由母线流向线路（发出）为正，由线路流向母线（吸收）为负。

为什么说电压与电流的相对方向，其实就是所谓“功率方向”呢？我们通过视在功率S=UI及有功功率P的公式P=UIcosθ，结合图1可以看出以下规律：

P为正时，θ的角度在第一、四象限（即0°<θ<90°或270°<θ<360°）；

P为负时，θ的角度在第二、三象限（即90°<θ<270°）。

θ为U超前I的夹角，也是视在功率S与其标量实部P的夹角。电压与电流的相对方向决定了这个夹角θ的大小，也就决定了P的正负。

2、电压与电流的相对方向有什么意义？

电压与电流的相对方向，对于方向保护而言，正方故障向则属于保护范围，应该动作，反方向故障则不应该动作；对于监控后台功率计算或者电能表计量关口，正方向一般代表正有功功率，即向站外输送电能（卖电），反方向一般代表负有功功率，即向站内输送电能（买电），意义很重要。

3、电压与电流的相对方向为什么要判断？

电压与电流的测量设备，即电压互感器与电流互感器在第一次投运前的安装过程中，它的一次安装方向和二次电缆的接线错误均会导致电压与电流方向错误，电压与电流方向错误的设备直接投运可能会导致保护错误动作或者存在隐患。

4、为什么要带负荷判断？

这里的带负荷是指有实际一次电流通过。投运前新设备的电气试验、验收和检查等各种判断方法并非是效果直观而全面的，带上实际负荷将能直观而全面地判断电流的正确性，并直接反映运行中的各种工况。

5、为什么要在试运行过程中带负荷判断？

试运行过程通过临时改变保护的配合与运行方式，已经考虑了电压与电流方向的错误兼容。

三、如何进行带负荷判方向试验

作为入门浅析，本文只讲大概试验原理，着重讲互感器的一次安装方向和二次接线的正确性对功率方向的影响和判断的方法，对仪表和操作规定等细节不做介绍。

1、电压的方向与安装接线关系如下图：

电流互感器的一次安装方向通常L1端朝母线侧，L2端朝线路侧。如果一次的左右安装反了，二次也要反过来接线。假设某一瞬间，电流由母线往线路流，即电流IA、IB、IC流入L1端，并从L2端流出。那么，根据电流互感器减极性的特性，其二次端会有二次电流从L1的同名端K1流出，并从L2的同名端K2流进，此时，对于二次设备，依然是有电流从其入口端（A、B、C）流进，中性点端（N）流出。这样二次设备测量到的电流Ia、Ib、Ic和一次实际的电压IA、IB、IC的相位方向是一致的。

3、电压与电流的同步性

虽然三相交流系统的电压与电流各自的方向在频繁的变换中，但只要负荷端阻抗稳定，电压与电流的方向瞬时变化也是相对同步的（见

下图），即其夹角也是基本上是稳定的，不会在四个象限中频繁突变。

4、方向的判断方法

试验通过测量电压与电流的夹角，对比当前实际的功率方向，可以推断电压与电流各自的方向是否错了。电流电压夹角的测量可以通过二次设备直接查询或用相位表来测量。

至于实际的功率方向，我们可以从一些规律来确认：

第一、线路的名称。例如：罗桃线一般是从罗洞站输送有功功率至桃园站。但考虑到功率倒向的可能，此方法并非万无一失，仅用于纯负荷线路。

第二、如果线路对侧变电站电压电流回路正常运行，不在本次试运行启动的新设备之列，其方向就是可以信任的，可以通过询问对侧的功率方向来推算本侧的功率方向。

第二、通过本侧母线功率平衡来推断。一般除了待判方向的试运行间隔外，其他运行间隔的电压电流方向均是正常运行的，可以信任。通过同一条母线上送出的功率等于吸收的功率的原理可计算待判方向间隔的功率方向。

综上，确定了电压电流的夹角θ，并与实际功率对比，符合图1的关系即可判断为方向正确。