摘要： 核对和测量相位，是在有电磁连接的发电机系统并列或环接以及新线路投入时不可缺少的试验项目之一。其目的主要在于判断相位和相序，防止由于彼此不一致，保障发电机的正常工作。在供电系统中，发电机并网前必须做核对相位的试验，相位不对，发电机是无法并网的，强行并网会造成短路或出现巨大的环流而损坏设备。本文系统介绍三种主要的相位测量方法——利用三相电压互感器低压侧测量相位、利用单相电压互感器确定高压侧相位（含直接电联系和无直接电联系两种情况），以及电阻定相杆测定相位和线路相别测定方法；详细阐述站内两组PT核对相位、单相试验PT核相（含一次核相和二次核相）以及多功能相位仪法三种核对相位试验方案的操作步骤与适用条件；最后归纳核相试验的基本要求及安全注意事项，为发电机并列运行的相位核对工作提供完整的技术指导。
一、相位测量方法
1. 利用三相电压互感器低压侧测量相位
（1）确定高压侧的相位。需要确定双母线或分段母线的相位时，可利用系统中装设的三相电压互感器，如图1所示，在其低压侧利用电压表，依次测量aa'、ab'、ac'、ba'、bb'、bc'、ca'、cb'和cc'等九个数值。电压接近或等于零值，为同名端；电压为线电压者，为异名端。据此，则可判定对应端高压侧的相位。测量时，两个电压互感器的变比、组别应相同，高压侧的电压要基本一致，互差应不大于10%。
（2）确定低压侧的相位。在同一高压发电机组上，需要确定三相电压互感器低压侧的相位时，其试验接线如图2所示。测量时，按图2测量电压互感器低压侧任意两线端的电压，电压指示接近或为零者为同名端；约为线电压者，则为异名端。
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图1 发电机高压侧相位的试验接线 |
图2 发电机低压侧相位的试验接线 |
2. 利用单相电压互感器确定高压侧的相位
（1）在有直接电联系的系统定相。在有直接电联系的系统（如环接）中，可外接单相电压互感器，直接在高压侧测定相位。此时在电压互感器的低压侧接入0.5级的交流电压表，其接线如图3所示。在高压侧依次测量Aa、Ab、Ac、Ba、Bb、Bc、Ca、Cb和Cc间的电压，根据测量结果，电压接近或等于零者，为同相；为线电压者为异相。
测量时，必须注意以下事项：用绝缘棒将电压互感器的高压端引接至被测的高压线端头，此时应特别注意人身和设备的安全；所采用的电压互感器事前应经与被测设备同等绝缘水平的耐压试验；电压互感器的外壳和二次侧的一端连接并接地；绝缘棒应符合安全工具的使用规定，引线间及对地间应具有足够的安全距离；操作和读表人员应站在绝缘垫上，所处的位置应有足够的安全距离，并在负责人的指挥和监护下工作。
图3 发电机单相电压互感器测定相位
（2）在没有直接电联系的系统定相。在没有直接电联系（如两台需并列运行的发电机，或发电机需并入系统等）的系统中，用外接单相电压互感器在高压侧测定相位时，为了避免测量中由于被测设备对地电容的容抗与电压互感器的电抗匹配，发生串联谐振造成事故，测量前应将某一对应端头（如A和a，A为运行系统的A相，a为待定设备的a相）连接起来。然后将两系统送电，再进行测量，依次读取Bb、Bc、Cb和Cc四个电压数值。判断相位的方法同上。为了避免对应端接错出现高电压损坏测量电压的互感器，最好用比被测电压高一级的电压互感器或用两个与被测电压同级的电压互感器串联测量。
（3）用电阻定相杆测定相位。用电阻定相杆测定相位时，将定相的两杆分别接向两侧，当电压表（V）的指示接近或为零时，则对应的两侧属于同相；若电压表（V）的指示接近或大于线电压时，则对应的两侧属于异相。定相杆的制作，在原理上和测量电位分布的电阻杆相同，其原理接线如图4所示。高电阻R约按每伏10kΩ选用；每个电阻的容量约为1瓦；分配的电压不应超过3kV；桥式整流元件可用锗二极管（2AP）；滤波电容C在0.1～5微法范围选用；平衡电阻R1和R2为0.1～1MΩ，二者的数值相等；电压表可选用50～100微安量限的表头。测量时，应按高压带电测量考虑有关的技术安全措施，如操作杆的绝缘、安全距离等，以保证人身和测量设备的安全。
对于电缆或架空输电线路，敷设后需要核对两端头是否同相，一般可用电池和指示灯（或欧姆表），按图5所示的接线进行测定。此时，先将电池开关K在线路一端一相（如C）接通（或接地），后将指示灯（或欧姆表）在线路的另一端依次接通A、B和C三相，如指示灯（L）发亮（或欧姆表指零或接近零）时，则表明该相和接电池（或接地）的导线同相。反之，则为异相。依次轮换重复测量三次，便可确定出三相的相别（虚线表示用欧姆表测定相别时的接线）。
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图4 发电机定相杆的原理接线 |
图5 发电机测定线路相别的接线 |
二、核对相位试验
1. 使用站内两组PT核对相位
（1）在大、中型发电机中，可利用同一电压等级上的两段母线上的PT核对相位。用二次核相法核准相位，然后用一次核相法核准一次相位。所谓一次核相法，是将待核的两个电源分别送到两段母线PT上，先用相序表核准两组PT低压相序是否一致，然后用电压表分别测量两组PT低压侧A、B、C相之间，如果同相电压差应近似为零，异相电压差应为100V左右，证明两个电源具有相同的相位。否则，要分析情况，改正后重核。
（2）站内具有不同电压等级但具相同相位两组PT间核相。此时需先核实不同电压等级之间的固定相位差关系（如星形-三角形接线带来的30°相位偏移），确认理论相角差后，再按上述方法进行核相判断。
2. 使用单相试验PT核相的方法
（1）使用单相PT或核相器在待核两电源点一次核相。使用器材主要有：绝缘棒两根、绝缘鞋两双、绝缘手套两双、试验导线适量、电压表一块。接线如图6所示。高压核相工作需要四人进行，一人担任指挥，两人穿绝缘鞋、戴绝缘手套担任核相员，一人读表记录。核相工作根据指挥人员的命令进行，高压操作员将高压引线固定在绝缘棒上，长短适宜，用绝缘棒引高压线接触高压电源点时，动作协调，两人相互照应。核相时以现有的相色为依据，当高压电源点同相时，PT二次电压应近似为零；当高压电源点异相时，PT二次电压应近似为100V，这说明核相结果正确。
（2）使用单相试验PT进行二次核相法。可在现场利用站内一组PT与单相试验PT配合，这样安全性将有所提高。试验方法大致如上，只是将另一个高压操作员变为低压操作员，其接线如图7所示。先在同一电源上核对二次相位，高压接A′、B′、C′各一次，低压对应按A630、B630、C630各测一次，如果三个读数近似为0V，则二次相位正确。核对一次相位时，将待核相两个电源分别接至母线PT与试验PT上，用绝缘棒分别碰A、B、C相各一次，按对应测低压A630、B630、C630各一次，三次电压表读数应近似为零；如果低压不对应，电压表读数近似为100V，说明相位正确。反之，需针对情况进行解决。
3. 采用多功能相位仪法
在没有两组同相位PT的地方，一般使用单相试验PT或核相器核相，这种方法不太安全。最近我们采用了多功能相位仪法，这种方法比较安全可靠。主要是因为由于两个电压等级上的PT、所变，不管电压如何、是否同相，各同相电压间总有一个固定的相角，可通过二次核相法核准二次相位，找出这个固定的相角。当A、B、C三相二次的相角差相同，与理论推算相符，说明二次接线正确。一次核相时，将待核相的两个电源分别引至两个电压转换元件（PT、所变）上，用相位仪检测同相电压的相位差，与二次核相的相角差相同；如果异相相位差超前或滞后同相相位差120°，说明两个电源相位相同。相位仪法用相位的概念来核相较抽象，试验中必须注意保证仪器准确无误，参考量要选准，极性要认清，记录要正确，分析要准确。
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图5 发电机单相相位核对试验接线 |
图6 发电机单相相位二次核对试验接线 |
三、核相试验的基本要求及注意事项
核相试验是保障发电机并列运行安全的关键环节，必须在试验前、试验中和试验后各阶段严格执行相应的技术要求和安全规范。
1. 核相试验的基本要求
（1）三相电压平衡要求。对于定相发电机接入的电源，相电压、线电压三相应平衡，发电机二次输出电压三相也应平衡，否则将影响正确判断。若三相电压不平衡度超过2%，核相测量结果可能出现偏差，需先查明不平衡原因并处理后方可进行核相。
（2）TV自核相要求。对定相用的TV要首先进行自核相，并检查有关同其回路同其段表，以保证接线正确。对新安装的同期回路、同期表则同样要进行自核相。自核相是指在同一电源下，确认TV二次侧各相接线正确、相序无误，通常采用相序表和电压表双重确认。
（3）TV二次接线方式一致性要求。用于互核相用的TV，其二次接线方式应尽可能一致（1b相接地或者N相中性点接地），否则，即使发电机接线组别相同，也会因定相用的TV二次接线方式不一致，同名端子之间因参考点电位不同而出现电压差。当二次接线方式不同时，应在核相前进行相位补偿计算，或通过临时改变二次接线的接地方式使之一致。
（4）单相TV额定电压选择要求。用单相TV在一次回路定相时，为避免组别万一不同可能出现的电压差烧坏TV，定相用的TV额定电压不得小于电源电压的两倍。例如，在10kV系统中定相，应选用额定电压不低于20kV的TV，以确保安全裕度。
（5）发电机电压分接头一致性要求。定相发电机电压分接头应一致，以免二次电压差别引起误判断。若分接头位置不同，即使一次相位相同，二次电压幅值也会有差异，可能导致同名端电压差不为零的假象。
（6）核相仪器的精度要求。用于核相的电压表精度应不低于0.5级，相位仪精度应不低于1.0级。所有仪器仪表须在检定有效期内，且使用前应进行功能检查确认正常。
（7）核相结果的复验要求。核相试验至少应进行两次独立测量，两次结果应一致。若出现不一致，应暂停试验，检查接线和设备状态，排除干扰因素后重新进行。
2. 核相试验的安全与技术要求
（1）大接地系统中性点接地要求。母线处于大接地系统中，主发电机的中性点必须接地。中性点不接地时，发生单相接地故障将产生危险的过电压，危及核相操作人员和设备安全。
（2）定相位置选择要求。发电机定相最好选在降压侧进行，在中性点不接地的系统中应注意防止并联电磁谐振。降压侧电压等级较低，操作安全性较高，测量设备也更容易配置。
（3）三绕组发电机的定相顺序。三绕组发电机应分两次进行，可先定高、低压侧，再定中、低压侧。每次定相完成后应做好标记和记录，避免混淆。
（4）线路绝缘定相的气象条件。利用线路本身摇测绝缘定相，要在天气良好的条件下进行。阴雨、雾霾或潮湿天气下，线路绝缘电阻下降，泄漏电流增大，可能造成误判断，同时绝缘工具绝缘性能下降也会危及安全。
（5）同期点核相的操作要求。对于同期点的核相操作，应使用同期装置进行。同期装置能自动检测相位差并闭锁不合条件的合闸操作，是防止误并列的重要技术措施。
（6）高压操作安全规程。高压核相操作必须遵守高压带电作业安全规程：操作人员应穿绝缘鞋、戴绝缘手套，站在绝缘垫上；使用合格绝缘棒，引线间及对地间保持足够安全距离；在负责人统一指挥和监护下工作。核相工作应由至少两人进行，一人操作、一人监护，严禁单人作业。
（7）试验设备安全要求。核相试验使用的仪器仪表须在检定有效期内，精度满足试验要求。试验前应检查所有试验设备完好，接线正确。外接单相TV在使用前应进行绝缘电阻测试（不低于1000MΩ）和耐压试验，确认绝缘合格后方可使用。
3. 核相异常情况的处理
（1）测量结果异常的判断。当测得的同相电压差超过10V（二次侧）或异相电压差明显偏离理论值时，应立即停止核相，检查试验接线是否存在错误或TV变比是否正确。
（2）TV二次接线不一致的处理。若发现两组TV二次接线方式不同，可通过调整二次接线临时统一接线方式，或在分析中计入已知的相位偏移量，确保核相判断正确。
（3）谐振现象的处理。在无直接电联系的系统中核相时，若出现电压表指针大幅摆动、读数不稳定，应怀疑发生了串联谐振。此时应立即切断电源，检查对应端连接是否正确，或改用更高电压等级的TV重新试验。
（4）核相结果不一致的处理。若核相结果与预期不符（如同相电压差不为零），不得强行并网，须查明原因并纠正后方可重新核相。常见原因包括TV接线错误、发电机出线相序接反、电压分接头位置不一致、二次回路接线错误等。
总结： 发电机相位核对是并列运行前的关键试验项目，其核心任务是判断待并发电机与运行系统之间的相位和相序是否一致，防止因相位不对导致短路或巨大环流损坏设备。相位测量主要有三种方法：利用三相电压互感器低压侧测量（通过九个电压值判定同名端和异名端），利用单相电压互感器高压侧测定（分有直接电联系和无直接电联系两种情况，前者需测量Aa～Cc九个电压，后者需先将某一对应端连接后测量四个电压），以及电阻定相杆法（适用于高压回路，利用分压电阻和整流指示判断同相或异相）。线路相别测定可用电池和指示灯或欧姆表逐相核对。核对相位试验有三种操作方案：站内两组PT核相（先二次核相核准相位，再一次核相核准一次相位，同相电压差近似为零）；单相试验PT核相（含一次核相和二次核相，安全要求高，需四人配合操作）；多功能相位仪法（安全可靠，通过检测同相电压相位差并与理论值比对判定相位）。核相试验须满足七项基本要求——三相电压平衡、TV自核相、二次接线方式一致、单相TV额定电压不低于电源电压两倍、发电机电压分接头一致、仪器精度达标、结果复验确认；同时须遵守六项安全技术要求，包括大接地系统中性点接地、定相优先在降压侧进行、三绕组发电机分两次定相、良好天气条件下进行线路绝缘定相、同期点使用同期装置核相、高压操作遵守安全规程。核相异常时应按同相电压差偏大、谐振现象和结果不一致三类情况分别处理。相位核对应确保同相电压差近似为零、异相电压差约为线电压值或相位差为120°的固定规律，方可确认两电源相位一致，满足并列运行条件。只有严格落实全部基本要求和安全措施，才能确保核相结果的准确性和操作过程的安全性。
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