什么是减极性

在电气工程领域，减极性是一个描述特定电压互感器或电流互感器绕组极性关系的专业术语。它特指当一次绕组与二次绕组的同名端相对于公共端具有相反电位变化方向时的接线方式。这种极性定义对于仪表的正确连接、继电保护的可靠动作以及电力系统的安全稳定运行至关重要。准确理解和应用减极性是进行相关设备测试、安装及故障分析的基础前提。

       在错综复杂的电力系统中，各种电气设备如同精密的齿轮紧密咬合，而确保它们协调运作的基础之一，便是对设备特性精准无误的理解与应用。其中，互感器作为连接高压主系统与低压测量、保护设备的桥梁，其绕组的“极性”属性，尤其是“减极性”这一概念，扮演着不可或缺的角色。它并非一个孤立晦涩的理论名词，而是贯穿于设备铭牌标识、现场接线、系统调试乃至故障排查整个生命周期的实践准则。本文将深入剖析减极性的本质内涵、判别方法、应用场景及其背后的物理原理，旨在为相关从业人员提供一份系统而实用的参考。

       一、极性概念的起源与基本定义

       要理解“减极性”，首先需明确“极性”在互感器语境下的含义。根据中华人民共和国电力行业标准《电流互感器和电压互感器选择及计算规程》等权威资料中的阐述，互感器的极性是指其一次绕组与二次绕组间感应电动势方向的关系的标识。具体而言，当交流电流流过一次绕组时，会产生交变的磁通，该磁通穿过二次绕组并在其中感应出电动势。我们规定，在同一瞬间，一次电流从某个指定端子流入，二次电流从对应的某个指定端子流出，这两个端子便被称为“同名端”或“同极性端”。极性的定义，正是为了清晰地标定这些端子之间的关系，确保二次回路所反映的电气量相位与一次回路保持正确的对应。

       二、减极性与加极性的核心区别

       互感器的极性通常分为“减极性”和“加极性”两种。这是两种截然相反的端子标识规则。在减极性接法下，一次绕组的始端与二次绕组的始端被定义为同名端。当一次电流从始端流入时，二次电流则从始端流出。从相对电位的变化来看，可以理解为：在一次侧施加瞬时增长的电压或电流时，二次侧对应同名端的电位瞬时变化方向与一次侧相反（或理解为“减少”了对外呈现的电位差趋势），这便是“减”字的部分含义来源。相反，加极性规则下，一次绕组的始端与二次绕组的末端被定义为同名端，此时一次侧与二次侧电流在对应端子间的方向关系与减极性相反。在我国的电力行业实践中，除非特殊说明，绝大多数用于测量和保护的互感器均默认采用减极性标定和接线，因为它更符合直观的“源-负载”电流方向关系，便于分析和接线。

       三、减极性判定的物理原理与楞次定律

       减极性规则的设定并非随意，其背后有着坚实的电磁学理论支撑，核心便是楞次定律。该定律指出，感应电流产生的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通的变化。当一次电流从始端流入并增大时，它产生的磁通也随之增大。根据楞次定律，二次绕组感应产生的电流将试图建立一个阻碍该磁通增大的磁场，因此二次感应电流的方向，在其绕组内部，是从相对于始端为“负”的端子流向“正”的端子。如果我们定义一次电流流入的端子为始端（正），那么为了在二次侧外部电路中形成一个与一次电流方向“相对应”的电流流向（例如，在测量仪表中希望电流从正端流入），就需要将二次绕组的始端（正）连接到外部电路的正端，而此时电流实际上是从二次绕组的始端（正）流出绕组进入外部电路的。这种内部感应电动势方向与外部端子电位定义相结合所体现出的“始端对应”关系，正是减极性接法的物理本质。

       四、互感器铭牌标识与极性符号解读

       在实际设备上，极性信息会明确标注于互感器的铭牌或接线端子处。通常，一次绕组的两个端子会标记为“L1”和“L2”（或“P1”和“P2”），二次绕组的两个端子标记为“K1”和“K2”（或“S1”和“S2”）。在采用减极性的互感器上，L1与K1被定义为同名端，L2与K2则为另一组同名端。有些铭牌会直接以文字注明“极性：减极性”或使用标准的极性符号（如一个圆点“•”）标示在L1和K1端子旁边，表示它们是同极性端。正确识读这些标识是进行后续一切工作的第一步。

       五、直流法测定减极性的经典实验步骤

       对于未明确标识或需要现场验证极性的互感器，可以采用简便可靠的“直流法”进行测定。准备一节干电池、一个刀闸开关和一块灵敏度较高的直流毫安表或毫伏表。将电池正极通过开关接至一次绕组的L1端，负极接L2端。将直流毫安表的正表笔接二次绕组的K1端，负表笔接K2端。在闭合开关的瞬间，仔细观察指针的偏转方向：若指针正向偏转（即向示值增大的方向摆动），则说明L1与K1为同名端，该互感器为减极性；若指针反向偏转，则为加极性。此方法利用电磁感应原理，开关闭合瞬间一次电流从零骤增，产生变化的磁通，在二次侧感应出瞬时电动势，通过检测该瞬时电流的方向即可判定极性关系。

       六、交流法（电压比较法）验证极性

       另一种常用的方法是交流电压比较法。将一次绕组的L2端与二次绕组的K2端用导线直接连接。在一次绕组L1-L2两端施加一个较低的交流电压（如几十伏，注意安全）。然后用交流电压表测量剩余的L1端与K1端之间的电压。如果测得的电压值约等于一次电压与二次电压之差（即U_L1K1 ≈ U_L1L2 - U_K1K2），则说明L1与K1为异名端，但根据连接方式和测量结果推算，实际符合减极性定义（因为此时L2与K2相连，相当于将一次和二次绕组异名端相连，测的是两电压矢量差）。更直观的方法是：如果测得的电压值远小于一次电压（差值），通常可判定为减极性；如果测得的电压值接近一次电压与二次电压之和，则为加极性。此法需要清楚矢量关系，更适合有一定理论基础的人员操作。

       七、减极性在电能计量回路中的关键作用

       在电能计量领域，极性正确与否直接关系到计费的准确性。电能表内部包含电压线圈和电流线圈，其转矩方向与这两个线圈中电流的相位差余弦成正比。电流互感器通常采用减极性接线，确保流入电能表电流线圈的电流方向与系统实际功率流向相匹配。如果电流互感器极性接反（例如将K1和K2对调），会导致电能表反转、停转或计量失准，造成巨大的经济纠纷或线损分析错误。因此，在安装或更换计量用互感器后，必须进行极性校验，确保为减极性且接线正确。

       八、继电保护装置对减极性的依赖

       电力系统继电保护，如差动保护、方向保护、距离保护等，其动作逻辑高度依赖于各侧输入电流、电压的相位关系。以母线差动保护为例，它需要比较连接至母线的所有进出线路的电流。这些电流来自不同的电流互感器二次侧。如果部分互感器采用了减极性，而另一些误接为加极性，或者接线时混淆了K1和K2，会导致送入保护装置的电流相位发生180度反转，在正常负荷状态下就可能产生巨大的差流，引起保护误动，造成无故障跳闸，危及电网稳定。因此，保护屏柜内的电流回路接线必须严格遵循设计图纸，确保所有参与比对的互感器二次侧均以正确的减极性方式接入。

       九、电压互感器的减极性应用

       减极性概念同样适用于电压互感器。对于电磁式电压互感器，其一次绕组和二次绕组间也存在极性关系。采用减极性接法时，一次绕组的首端与二次绕组的首端为同名端。这对于需要同步电压相位的场合至关重要，例如同步发电机并网时的同步检查、需要电压方向的功率方向保护等。电压互感器二次侧通常接地，其极性正确与否会影响接地保护（如零序方向保护）的判断。

       十、极性错误导致的典型故障现象分析

       在实际运行中，因极性错误引发的故障时有发生。除了前述的电能表反转和保护误动外，还可能表现为：三相功率表指示异常（一相或两相指示为负）；负序电流保护在正常对称负载下报警或动作；发电机并网时同步表指针无法稳定或出现剧烈摆动；带有方向元件的过流保护在故障时拒绝动作等。当出现此类现象时，在排查其他可能性后，应将互感器极性及二次回路接线作为重点检查对象。

       十一、结合向量图深入理解减极性相位关系

       借助向量图可以更直观地把握减极性带来的相位影响。以电流互感器为例，假设一次侧电流向量为I_p，方向为从L1流向L2。在理想的减极性互感器中，忽略角差，二次侧电流向量I_s应与I_p同相位，且其方向定义为从K1流出绕组，经过外部负载后流回K2。因此，在连接外部设备（如电流表）时，若将K1接至电流表的正端，K2接负端，则流过仪表的电流方向与一次系统电流的流向在概念上是对应的。这个“对应”关系是进行系统分析和回路设计时的思维基础。

       十二、互感器内部结构与极性标记的关联

       互感器的极性与其内部绕组的绕制方向息息相关。制造时，绕组（无论是线绕式还是母线式）的起始端被定义为同名端。对于穿心式电流互感器，一次导体（电缆或母线）的穿过方向也等效于一次绕组的绕向，需要在安装时予以关注。有些互感器外壳上会有一个箭头，指示一次功率的正方向或规定的一次电流流入方向，这个箭头指向通常对应L1端，与之对应的二次K1端即为减极性下的输出端。

       十三、现场施工与调试中的极性核查要点

       在新站建设或设备更换后的调试阶段，极性核查是必做项目。要点包括：首先核对设备铭牌标识；其次，对于成组使用的互感器（如三相组或用于差动的多组），必须逐个测试并记录极性，确保一致性；第三，测试完成后，应使用专用极性标签或永久性记号在二次电缆芯线上清晰标识K1和K2，防止后续接线错误；第四，在保护装置或计量柜侧接入回路后，最好能通过带负荷测试，利用六角图法或相位表测量实际二次电流的相位，与理论值进行比对，这是最可靠的闭环验证。

       十四、数字化变电站与电子式互感器中的极性概念演变

       随着数字化变电站和电子式互感器（如罗氏线圈、光学互感器）的普及，极性的物理表现形式有所变化，但概念依然存在。电子式互感器输出的不再是传统的模拟电流，而是数字信号或低电平模拟信号。其“极性”信息通常内嵌于合并单元的配置中或通过数字报文中的方向位、数据符号来体现。调试人员需要在合并单元或保护测控装置中正确配置“一次额定值”和“二次额定值”的方向系数，其本质就是设定数字化的极性。理解传统减极性概念，有助于正确配置这些参数。

       十五、标准与规程对减极性的规定

       我国的国家标准《互感器 第1部分：通用技术要求》以及电力行业的一系列运行规程、反事故措施中，都对互感器的极性有明确要求。例如，要求所有用于计费和重要保护的电流互感器必须在显著位置标明其极性，且通常默认为减极性。在工程验收和定期检验中，极性测试是强制性项目。这些规定从制度层面保障了极性正确的必要性。

       十六、常见误区与澄清

       关于减极性，存在一些常见误区。其一，认为极性只影响方向，不影响大小。实际上，对于某些保护原理（如差动），极性错误直接改变了电流的大小（矢量相加变为相减）。其二，认为所有互感器都是减极性。虽然这是普遍情况，但仍有特殊应用（如某些发电机内部故障保护用的互感器）可能采用加极性，必须依据图纸和铭牌判断。其三，混淆了一次系统电流方向与二次接线的关系。减极性定义的是绕组端子间的相对关系，具体到一次系统哪根母线或线路的电流方向如何，还需结合一次接线具体分析。

       十七、维护与检修中的极性再确认

       在设备的日常维护或事故检修后，如果涉及互感器二次回路的拆接，恢复时必须进行极性再确认。不能仅凭记忆或旧标签接线，因为标签可能脱落、损坏或当初就是错误的。简单的直流法测试可以在不停电的情况下（对电流互感器二次侧进行，一次侧有负载电流时严禁开路）快速完成校验，这是保障安全的一道重要防线。

       十八、总结：减极性——电力系统安全精确运行的基石

       综上所述，“减极性”远不止是一个书本上的定义。它是连接电磁感应基本原理与电力工程实践的一座桥梁，是确保测量系统真实反映一次工况、保护系统正确识别故障特征的基石。从物理原理的楞次定律，到铭牌上的一个小圆点标识；从简单的直流法测试，到复杂的保护向量分析；从传统的电磁式互感器，到现代的数字化输出，减极性的核心思想一以贯之。深入理解并严谨应用这一概念，对于每一位从事电力设计、安装、调试、运行和维护的专业人员而言，是一项不可或缺的基本功，更是守护电网安全、稳定、经济运行的重要职责所在。只有牢牢把握这些基础而关键的细节，才能构建起真正可靠、智能的电力系统。