變電站帶負荷試驗是新設備投運前必須要進行的一項試驗，它能夠及時發(fā)現(xiàn)二次回路和待投運設備存在的問題，避免缺陷投運對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的影響。當前，帶負荷試驗通過對一次設備施加實際的負荷，然后測量相關電流和電壓，分析其功角關系，從而分析出設備和二次回路是否處于正常狀態(tài)。試驗前，往往需要通過倒閘操作將電網(wǎng)切換到相對薄弱的試驗運行方式，因此盡快完成帶負荷試驗對維持電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行十分重要。

然而，當前帶負荷試驗主要依靠現(xiàn)場人員手持相位儀對電壓、電流進行采樣，然后繪制相量圖判斷功角關系是否正確。由于涉及的位置比較多，且全過程依靠人工采樣記錄并分析，試驗效率低，對工作人員專業(yè)素質(zhì)要求較高。

為此，有學者引入Excel表格進行數(shù)據(jù)計算，并自動繪制相量圖，減少了繪圖時間，為功角分析提供了直觀可讀的相量圖，但數(shù)據(jù)采集依舊依靠現(xiàn)場采樣，效率提升不明顯；有學者針對智能變電站帶負荷試驗尚無完善的方法和設備的問題，對比常規(guī)變電站，提出一種方法框架，以實現(xiàn)智能站帶負荷試驗采樣數(shù)據(jù)的同步，提高智能站帶負荷試驗的效率。

為了解決帶負荷試驗操作復雜、效率低，且智能站在試驗過程中存在困難等諸多問題，本文提出以站內(nèi)保護、測控等裝置作為采樣終端，在智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)（D5000系統(tǒng)）內(nèi)關聯(lián)各個子系統(tǒng)，提取所需帶負荷試驗數(shù)據(jù)，利用冗余數(shù)據(jù)確保遙測基準值的正確性，在主站后臺開發(fā)應用平臺，對待投運間隔進行采樣數(shù)據(jù)自動分析，一鍵生成校核報告，并自動繪制相量圖。

基于D5000系統(tǒng)的帶負荷試驗自動校核平臺可解決現(xiàn)場采樣效率低、人員投入多的問題，對常規(guī)變電站和智能變電站具有普適性，為帶負荷試驗的高效進行提供了保障。

1 D5000系統(tǒng)介紹

智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)即D5000系統(tǒng)，是新一代智能電網(wǎng)調(diào)度技術支持系統(tǒng)的基礎平臺，廣泛應用于各地電網(wǎng)公司的調(diào)度部門，被稱為智能電網(wǎng)的大腦。

D5000系統(tǒng)實現(xiàn)了對運行電網(wǎng)的實時監(jiān)控、在線穩(wěn)定性分析和調(diào)度業(yè)務管理，具有“遠程調(diào)閱、告警直傳、橫向貫通、縱向管理”的功能，其包含能量管理系統(tǒng)、廣域相量測量系統(tǒng)、繼電保護及故障信息管理系統(tǒng)、電能量采集系統(tǒng)、電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡系統(tǒng)和變電站自動化系統(tǒng)等子系統(tǒng)。

變電站內(nèi)各間隔的電壓和電流量，通過保護、測控等裝置采樣后，經(jīng)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)上送至D5000系統(tǒng)，這為帶負荷試驗數(shù)據(jù)的自動采集奠定了基礎。

2 變電站帶負荷試驗

2.1 帶負荷試驗的重要性

繼電保護及自動裝置的檢驗規(guī)程中明確要求，對新安裝的或設備回路經(jīng)過大變動的裝置，在投運以前，必須用一次電流和工作電壓加以檢驗，以判定接入電流、電壓的相位和極性是否正確，每組電流互感器的接線是否正確，回路接線是否牢固。

帶負荷試驗主要通過施加一次電流和電壓檢驗裝置和回路是否正確，能夠在試驗狀態(tài)下及時發(fā)現(xiàn)問題，避免帶缺陷投運對整個電網(wǎng)的影響。因此，在當前基建和技改現(xiàn)場，有電流回路變動的停電間隔在投運前均需要進行帶負荷試驗。

2.2 帶負荷試驗存在的問題

帶負荷試驗前，需要調(diào)度下令將一次設備的運行狀態(tài)改為帶負荷運行方式，通常將所有運行間隔熱倒至一條母線上，再利用另一母線對待投運間隔充電，此時電網(wǎng)安全性大大降低，必須盡快完成帶負荷試驗。當前，帶負荷試驗仍然存在以下兩方面的問題亟需解決：

1）帶負荷試驗專業(yè)要求高、效率低。

帶負荷試驗需要采集待投運間隔電壓，以及保護、測量和計量繞組的電流，這一過程完全依靠現(xiàn)場工作人員手持鉗形相位表逐一對電流二次回路進行采樣，由于采樣涉及主控室內(nèi)多個位置，采樣過程需要耗費大量時間。

另外，對數(shù)據(jù)的分析依靠手繪相量圖，不僅耗時費力，而且對分析人員的專業(yè)素質(zhì)要求很高。這些因素都降低了帶負荷試驗的工作效率，延長了帶負荷運行狀態(tài)的時間，加大了電網(wǎng)風險。

2）智能變電站帶負荷試驗存在困難。

不同于常規(guī)變電站，智能變電站的二次電流回路由光纖替代，以采樣值（sampled value, SV）數(shù)字量的形式送入保護測控裝置，僅在電流互感器（CT）和合并單元間存在電纜。常規(guī)變電站和智能變電站電流回路結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 常規(guī)站和智能站電流回路結(jié)構(gòu)

對于站內(nèi)有部分二次電流、電壓直接送入保護測控裝置的智能變電站，存在SV量和模擬量共存的情況，此時帶負荷試驗不能有效將SV量之間或SV量和模擬量之間的相位關系完整地呈現(xiàn)出來，這嚴重影響了帶負荷試驗的判斷結(jié)果。

3 自動校核平臺的設計與應用

3.1 數(shù)據(jù)提取

以往帶負荷試驗結(jié)果分析依靠人工采集的二次電壓、電流量，沒有充分利用既有保護、測控裝置的采樣回路，從而導致試驗效率低、采樣過程繁瑣等問題。

然而，當前帶負荷試驗所需的模擬量在變電站內(nèi)均有相應的采樣終端，采樣數(shù)據(jù)經(jīng)電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)送入主站D5000系統(tǒng)的安全Ⅰ區(qū)和安全Ⅱ區(qū)，通信規(guī)約為IEC 104規(guī)約。保護電流和電壓經(jīng)保護裝置采樣后不僅用于自身保護邏輯的判斷，還會被送入繼電保護及故障信息管理系統(tǒng)子站，再通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)送入D5000系統(tǒng)內(nèi)安全Ⅰ區(qū)；測量電流和電壓經(jīng)測控裝置采集后通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)送入D5000系統(tǒng)內(nèi)安全Ⅰ區(qū)；計量電流和電壓由計量表計測量完成后被送入D5000系統(tǒng)的安全Ⅱ區(qū)。

本文提出以站內(nèi)保護、測控等裝置為采樣終端，在D5000系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫直接調(diào)取相關間隔電壓、電流量，同步完成所有數(shù)據(jù)的采集，主站內(nèi)各服務器之間的傳輸采用TCP協(xié)議，D5000系統(tǒng)數(shù)據(jù)提取結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 D5000系統(tǒng)數(shù)據(jù)提取結(jié)構(gòu)

帶負荷試驗自動校核平臺部署在D5000系統(tǒng)的安全Ⅳ區(qū)，安全Ⅱ區(qū)的電能量采樣信息通過防火墻與安全Ⅰ區(qū)的保護采樣信息、遙測信息一起經(jīng)正向隔離裝置到達安全Ⅲ區(qū)，再經(jīng)防火墻到達安全Ⅳ區(qū)，數(shù)據(jù)傳輸層采用TCP協(xié)議，實現(xiàn)了安全可靠的信息提取。

在數(shù)據(jù)提取的過程中，需要做到以下三點：

1）數(shù)據(jù)時標盡可能一致。

在主站提取的電流、電壓量應盡可能具有同樣的時標，以保證采樣時刻一致，從而確保所繪相量圖的準確性，有利于帶負荷試驗結(jié)果的判斷。對于遙測數(shù)據(jù)和保信子站內(nèi)的采樣信息，以保信子站采樣值的時標為基準，篩選滿足要求的遙測和計量采樣信息，從而做到時標一致。

但是，由于電能量信息通過非實時數(shù)據(jù)網(wǎng)上送主站，快速獲取實時采樣數(shù)據(jù)存在困難，需要后臺將存儲的各類采樣信息進行篩選對比，以盡可能達到時標一致。由于帶負荷試驗數(shù)據(jù)采用的是穩(wěn)態(tài)相量，故目前時標不完全一致對分析結(jié)果的影響在可接受范圍內(nèi)。

2）數(shù)據(jù)冗余提取。

由于帶負荷試驗是為了驗證電流、電壓回路的正確性，一旦回路或裝置出現(xiàn)問題，必然導致上送至D5000系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)錯誤。此時，為了準確分析出錯誤數(shù)據(jù)，需要提取更多的數(shù)據(jù)進行冗余校驗，以確?；鶞蕯?shù)據(jù)準確無誤。

3）相位基準核驗。

對于提取的電壓、電流量，其基準相位應一致。一般而言，保護和測控裝置以A相電壓相位為零度作為基準，從而計算出其他電流量的相位。因此，在提取數(shù)據(jù)時應把各裝置基準電壓量的相位進行對比，如不在同一角度的應進行相應的換算。

3.2 數(shù)據(jù)分析

帶負荷試驗主要分析電流回路采樣、相位關系、電流比和極性是否正確，功角關系是否正確。數(shù)據(jù)分析的前提是基準數(shù)據(jù)準確無誤，為了確保遙測基準數(shù)據(jù)的可靠性，首先應進行冗余校驗，主要有以下兩種方法：

1）跨間隔分析。在獲取帶負荷試驗數(shù)據(jù)時，同時提取母線上其他相關間隔的一次電流，再依據(jù)基爾霍夫電流定律，計算出本間隔的一次電流，與采樣數(shù)據(jù)進行比對。

利用本間隔數(shù)據(jù)的物理關系，可以進行多次校驗，校驗時應采用不同電流繞組采樣數(shù)據(jù)進行對比分析，確保校驗結(jié)果的正確性。在確定一次遙測數(shù)據(jù)無誤后，再進行電流比的校驗，依據(jù)相位關系自動生成功角圖。

3.3 實施流程

在進行帶負荷試驗之前，需要根據(jù)試驗狀態(tài)下的電網(wǎng)運行方式，在D5000系統(tǒng)帶負荷試驗自動校驗平臺中進行信息錄入，以便試驗時提取數(shù)據(jù)。錄入的信息主要包含送電間隔的名稱、電流互感器各繞組的電流比、送電間隔所在母線上其他間隔的名稱等。帶負荷試驗自動校核現(xiàn)場實施流程如圖3所示。

圖3 帶負荷試驗自動校核實施流程

4 現(xiàn)場校核應用分析

帶負荷試驗自動校核應用主要包含如圖4所示的三個功能模塊，即信息錄入模塊、數(shù)據(jù)獲取模塊和自動分析模塊。

在試驗開始前，完成試驗一次接線，送電間隔電流、電壓名稱和電流比，相關間隔的一次電流和功率信息的錄入；試驗開始后，完成數(shù)據(jù)點在線關聯(lián)，召喚并存儲采樣數(shù)據(jù)，通過時標比對，篩選出滿足要求的數(shù)據(jù)；最后，進行數(shù)據(jù)分析計算，并出具分析報告，繪制相量圖供人工復核。

圖4 帶負荷試驗自動校核應用功能模塊

220kV觀五變綜合自動化改造期間，在觀東830間隔完成所有驗收工作后，向調(diào)度報告竣工送電。此次送電過程中電網(wǎng)的運行方式確定為110kV正母線通過母聯(lián)開關給副母線充電，送電間隔在副母線上，其他間隔均在正母線上。

在完成前期信息錄入后，帶負荷試驗期間，從主站系統(tǒng)讀取的送電間隔遙測數(shù)據(jù)和送電間隔采樣數(shù)據(jù)分別見表1和表2。

表1 送電間隔遙測數(shù)據(jù)

表2 送電間隔電流采樣值

在完成數(shù)據(jù)提取之后，進行一鍵校核的模擬，校核過程中自動進行數(shù)據(jù)計算，幅值誤差在10%，角度誤差在10°以內(nèi)，即認為數(shù)據(jù)無誤。自動校核結(jié)果見表3，系統(tǒng)繪制的相量圖如圖5所示。

表3 自動校核結(jié)果

模擬試驗表明，帶負荷試驗自動校核系統(tǒng)能夠在10min左右完成數(shù)據(jù)的提取和分析，并自動出具校核報告，繪制出的相量圖也能供后臺人員進行復核，極大地提高了帶負荷試驗的效率，減少了人員投入，降低了電網(wǎng)風險。但是，數(shù)據(jù)的采集依靠各類終端設備的支持，部分老舊廠站已投運設備存在不適配問題，自動校核平臺的應用對廠站設備有一定要求。

圖5 相量圖

5 結(jié)論

本文基于D5000系統(tǒng)研究開發(fā)帶負荷試驗自動校核平臺，開創(chuàng)性地關聯(lián)主站內(nèi)各子系統(tǒng)，利用子系統(tǒng)內(nèi)的電流、電壓數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)冗余的基礎上，快速準確地完成帶負荷試驗，并自動出具帶負荷試驗報告和相量圖。對變電站原有保護、測控裝置采樣信息的充分利用，不僅可取代廠站工作人員的現(xiàn)場采樣，提高試驗效率，而且對常規(guī)變電站和智能變電站具有普遍適用性，解決了智能變電站存在的帶負荷試驗難題。

本文提出的帶負荷試驗方法，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的一鍵采集、自動分析，極大地提高了試驗效率，縮短了電網(wǎng)在帶負荷試驗狀態(tài)下的運行時間，從而有效降低電網(wǎng)風險。

本文編自2022年第4期《電氣技術》，論文標題為“基于D5000系統(tǒng)的帶負荷試驗自動校核方案研究”，作者為歐陽智斌、吳笑天 等。