變電站帶負(fù)荷試驗(yàn)是新設(shè)備投運(yùn)前必須要進(jìn)行的一項(xiàng)試驗(yàn)，它能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)二次回路和待投運(yùn)設(shè)備存在的問題，避免缺陷投運(yùn)對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響。當(dāng)前，帶負(fù)荷試驗(yàn)通過(guò)對(duì)一次設(shè)備施加實(shí)際的負(fù)荷，然后測(cè)量相關(guān)電流和電壓，分析其功角關(guān)系，從而分析出設(shè)備和二次回路是否處于正常狀態(tài)。試驗(yàn)前，往往需要通過(guò)倒閘操作將電網(wǎng)切換到相對(duì)薄弱的試驗(yàn)運(yùn)行方式，因此盡快完成帶負(fù)荷試驗(yàn)對(duì)維持電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行十分重要。

然而，當(dāng)前帶負(fù)荷試驗(yàn)主要依靠現(xiàn)場(chǎng)人員手持相位儀對(duì)電壓、電流進(jìn)行采樣，然后繪制相量圖判斷功角關(guān)系是否正確。由于涉及的位置比較多，且全過(guò)程依靠人工采樣記錄并分析，試驗(yàn)效率低，對(duì)工作人員專業(yè)素質(zhì)要求較高。

為此，有學(xué)者引入Excel表格進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，并自動(dòng)繪制相量圖，減少了繪圖時(shí)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(chǎng)采樣，效率提升不明顯；有學(xué)者針對(duì)智能變電站帶負(fù)荷試驗(yàn)尚無(wú)完善的方法和設(shè)備的問題，對(duì)比常規(guī)變電站，提出一種方法框架，以實(shí)現(xiàn)智能站帶負(fù)荷試驗(yàn)采樣數(shù)據(jù)的同步，提高智能站帶負(fù)荷試驗(yàn)的效率。

為了解決帶負(fù)荷試驗(yàn)操作復(fù)雜、效率低，且智能站在試驗(yàn)過(guò)程中存在困難等諸多問題，本文提出以站內(nèi)保護(hù)、測(cè)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(guān)聯(lián)各個(gè)子系統(tǒng)，提取所需帶負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用冗余數(shù)據(jù)確保遙測(cè)基準(zhǔn)值的正確性，在主站后臺(tái)開發(fā)應(yīng)用平臺(tái)，對(duì)待投運(yùn)間隔進(jìn)行采樣數(shù)據(jù)自動(dòng)分析，一鍵生成校核報(bào)告，并自動(dòng)繪制相量圖。

基于D5000系統(tǒng)的帶負(fù)荷試驗(yàn)自動(dòng)校核平臺(tái)可解決現(xiàn)場(chǎng)采樣效率低、人員投入多的問題，對(duì)常規(guī)變電站和智能變電站具有普適性，為帶負(fù)荷試驗(yàn)的高效進(jìn)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(shù)支持系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺(tái)，廣泛應(yīng)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(shí)現(xiàn)了對(duì)運(yùn)行電網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、在線穩(wěn)定性分析和調(diào)度業(yè)務(wù)管理，具有“遠(yuǎn)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(cè)量系統(tǒng)、繼電保護(hù)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(luò)系統(tǒng)和變電站自動(dòng)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(guò)保護(hù)、測(cè)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(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集奠定了基礎(chǔ)。

2 變電站帶負(fù)荷試驗(yàn)

2.1 帶負(fù)荷試驗(yàn)的重要性

繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置的檢驗(yàn)規(guī)程中明確要求，對(duì)新安裝的或設(shè)備回路經(jīng)過(guò)大變動(dòng)的裝置，在投運(yùn)以前，必須用一次電流和工作電壓加以檢驗(yàn)，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(fù)荷試驗(yàn)主要通過(guò)施加一次電流和電壓檢驗(yàn)裝置和回路是否正確，能夠在試驗(yàn)狀態(tài)下及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，避免帶缺陷投運(yùn)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的影響。因此，在當(dāng)前基建和技改現(xiàn)場(chǎng)，有電流回路變動(dòng)的停電間隔在投運(yùn)前均需要進(jìn)行帶負(fù)荷試驗(yàn)。

2.2 帶負(fù)荷試驗(yàn)存在的問題

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

1）帶負(fù)荷試驗(yàn)專業(yè)要求高、效率低。

帶負(fù)荷試驗(yàn)需要采集待投運(yùn)間隔電壓，以及保護(hù)、測(cè)量和計(jì)量繞組的電流，這一過(guò)程完全依靠現(xiàn)場(chǎng)工作人員手持鉗形相位表逐一對(duì)電流二次回路進(jìn)行采樣，由于采樣涉及主控室內(nèi)多個(gè)位置，采樣過(guò)程需要耗費(fèi)大量時(shí)間。

另外，對(duì)數(shù)據(jù)的分析依靠手繪相量圖，不僅耗時(shí)費(fèi)力，而且對(duì)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(fù)荷試驗(yàn)的工作效率，延長(zhǎng)了帶負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)間，加大了電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)。

2）智能變電站帶負(fù)荷試驗(yàn)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(hù)測(cè)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(duì)于站內(nèi)有部分二次電流、電壓直接送入保護(hù)測(cè)控裝置的智能變電站，存在SV量和模擬量共存的情況，此時(shí)帶負(fù)荷試驗(yàn)不能有效將SV量之間或SV量和模擬量之間的相位關(guān)系完整地呈現(xiàn)出來(lái)，這嚴(yán)重影響了帶負(fù)荷試驗(yàn)的判斷結(jié)果。

3 自動(dòng)校核平臺(tái)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

3.1 數(shù)據(jù)提取

以往帶負(fù)荷試驗(yàn)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(hù)、測(cè)控裝置的采樣回路，從而導(dǎo)致試驗(yàn)效率低、采樣過(guò)程繁瑣等問題。

然而，當(dāng)前帶負(fù)荷試驗(yàn)所需的模擬量在變電站內(nèi)均有相應(yīng)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(hù)電流和電壓經(jīng)保護(hù)裝置采樣后不僅用于自身保護(hù)邏輯的判斷，還會(huì)被送入繼電保護(hù)及故障信息管理系統(tǒng)子站，再通過(guò)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)送入D5000系統(tǒng)內(nèi)安全Ⅰ區(qū)；測(cè)量電流和電壓經(jīng)測(cè)控裝置采集后通過(guò)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)送入D5000系統(tǒng)內(nèi)安全Ⅰ區(qū)；計(jì)量電流和電壓由計(jì)量表計(jì)測(cè)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(hù)、測(cè)控等裝置為采樣終端，在D5000系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)直接調(diào)取相關(guān)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(wù)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(fù)荷試驗(yàn)自動(dòng)校核平臺(tái)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(guò)防火墻與安全Ⅰ區(qū)的保護(hù)采樣信息、遙測(cè)信息一起經(jīng)正向隔離裝置到達(dá)安全Ⅲ區(qū)，再經(jīng)防火墻到達(dá)安全Ⅳ區(qū)，數(shù)據(jù)傳輸層采用TCP協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了安全可靠的信息提取。

在數(shù)據(jù)提取的過(guò)程中，需要做到以下三點(diǎn)：

1）數(shù)據(jù)時(shí)標(biāo)盡可能一致。

在主站提取的電流、電壓量應(yīng)盡可能具有同樣的時(shí)標(biāo)，以保證采樣時(shí)刻一致，從而確保所繪相量圖的準(zhǔn)確性，有利于帶負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果的判斷。對(duì)于遙測(cè)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(shí)標(biāo)為基準(zhǔn)，篩選滿足要求的遙測(cè)和計(jì)量采樣信息，從而做到時(shí)標(biāo)一致。

但是，由于電能量信息通過(guò)非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)網(wǎng)上送主站，快速獲取實(shí)時(shí)采樣數(shù)據(jù)存在困難，需要后臺(tái)將存儲(chǔ)的各類采樣信息進(jìn)行篩選對(duì)比，以盡可能達(dá)到時(shí)標(biāo)一致。由于帶負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用的是穩(wěn)態(tài)相量，故目前時(shí)標(biāo)不完全一致對(duì)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(fù)荷試驗(yàn)是為了驗(yàn)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(dǎo)致上送至D5000系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。此時(shí)，為了準(zhǔn)確分析出錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，需要提取更多的數(shù)據(jù)進(jìn)行冗余校驗(yàn)，以確?；鶞?zhǔn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤。

3）相位基準(zhǔn)核驗(yàn)。

對(duì)于提取的電壓、電流量，其基準(zhǔn)相位應(yīng)一致。一般而言，保護(hù)和測(cè)控裝置以A相電壓相位為零度作為基準(zhǔn)，從而計(jì)算出其他電流量的相位。因此，在提取數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)把各裝置基準(zhǔn)電壓量的相位進(jìn)行對(duì)比，如不在同一角度的應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的換算。

3.2 數(shù)據(jù)分析

帶負(fù)荷試驗(yàn)主要分析電流回路采樣、相位關(guān)系、電流比和極性是否正確，功角關(guān)系是否正確。數(shù)據(jù)分析的前提是基準(zhǔn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤，為了確保遙測(cè)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的可靠性，首先應(yīng)進(jìn)行冗余校驗(yàn)，主要有以下兩種方法：

1）跨間隔分析。在獲取帶負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，同時(shí)提取母線上其他相關(guān)間隔的一次電流，再依據(jù)基爾霍夫電流定律，計(jì)算出本間隔的一次電流，與采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。

利用本間隔數(shù)據(jù)的物理關(guān)系，可以進(jìn)行多次校驗(yàn)，校驗(yàn)時(shí)應(yīng)采用不同電流繞組采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，確保校驗(yàn)結(jié)果的正確性。在確定一次遙測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)誤后，再進(jìn)行電流比的校驗(yàn)，依據(jù)相位關(guān)系自動(dòng)生成功角圖。

3.3 實(shí)施流程

在進(jìn)行帶負(fù)荷試驗(yàn)之前，需要根據(jù)試驗(yàn)狀態(tài)下的電網(wǎng)運(yùn)行方式，在D5000系統(tǒng)帶負(fù)荷試驗(yàn)自動(dòng)校驗(yàn)平臺(tái)中進(jìn)行信息錄入，以便試驗(yàn)時(shí)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(fù)荷試驗(yàn)自動(dòng)校核現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施流程如圖3所示。

圖3 帶負(fù)荷試驗(yàn)自動(dòng)校核實(shí)施流程

4 現(xiàn)場(chǎng)校核應(yīng)用分析

帶負(fù)荷試驗(yàn)自動(dòng)校核應(yīng)用主要包含如圖4所示的三個(gè)功能模塊，即信息錄入模塊、數(shù)據(jù)獲取模塊和自動(dòng)分析模塊。

在試驗(yàn)開始前，完成試驗(yàn)一次接線，送電間隔電流、電壓名稱和電流比，相關(guān)間隔的一次電流和功率信息的錄入；試驗(yàn)開始后，完成數(shù)據(jù)點(diǎn)在線關(guān)聯(lián)，召喚并存儲(chǔ)采樣數(shù)據(jù)，通過(guò)時(shí)標(biāo)比對(duì)，篩選出滿足要求的數(shù)據(jù)；最后，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析計(jì)算，并出具分析報(bào)告，繪制相量圖供人工復(fù)核。

圖4 帶負(fù)荷試驗(yàn)自動(dòng)校核應(yīng)用功能模塊

220kV觀五變綜合自動(dòng)化改造期間，在觀東830間隔完成所有驗(yàn)收工作后，向調(diào)度報(bào)告竣工送電。此次送電過(guò)程中電網(wǎng)的運(yùn)行方式確定為110kV正母線通過(guò)母聯(lián)開關(guān)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(fù)荷試驗(yàn)期間，從主站系統(tǒng)讀取的送電間隔遙測(cè)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(cè)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(jìn)行一鍵校核的模擬，校核過(guò)程中自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，幅值誤差在10%，角度誤差在10°以內(nèi)，即認(rèn)為數(shù)據(jù)無(wú)誤。自動(dòng)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(dòng)校核結(jié)果

模擬試驗(yàn)表明，帶負(fù)荷試驗(yàn)自動(dòng)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(dòng)出具校核報(bào)告，繪制出的相量圖也能供后臺(tái)人員進(jìn)行復(fù)核，極大地提高了帶負(fù)荷試驗(yàn)的效率，減少了人員投入，降低了電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)。但是，數(shù)據(jù)的采集依靠各類終端設(shè)備的支持，部分老舊廠站已投運(yùn)設(shè)備存在不適配問題，自動(dòng)校核平臺(tái)的應(yīng)用對(duì)廠站設(shè)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(fù)荷試驗(yàn)自動(dòng)校核平臺(tái)，開創(chuàng)性地關(guān)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(chǔ)上，快速準(zhǔn)確地完成帶負(fù)荷試驗(yàn)，并自動(dòng)出具帶負(fù)荷試驗(yàn)報(bào)告和相量圖。對(duì)變電站原有保護(hù)、測(cè)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(chǎng)采樣，提高試驗(yàn)效率，而且對(duì)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(fù)荷試驗(yàn)難題。

本文提出的帶負(fù)荷試驗(yàn)方法，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的一鍵采集、自動(dòng)分析，極大地提高了試驗(yàn)效率，縮短了電網(wǎng)在帶負(fù)荷試驗(yàn)狀態(tài)下的運(yùn)行時(shí)間，從而有效降低電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)。

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