带负荷试验功角分析及其改进措施

雷正新，徐念云，张 绮，王 勇，马兆春，朱明琳

(1. 国网上海市电力公司检修公司, 上海 201204；2. 国网上海市电力公司松江供电公司, 上海 201600)

当工作涉及电流二次回路变动，如新装设备或更换保护装置时，需要在新设备正式投运前进行带负荷试验，其目的是保证电力系统稳定和安全运行，防止电流互感器因相别、变比、极性等错误，造成电气设备的不正常工作甚至损坏。由于现有带负荷试验[1-2]实质过程侧重电流、电压相角差的分析，跳过了功角图对潮流中各电量数据可靠性判断的前提，本文提出两种遥测值可靠性判断方法，提高带负荷试验数据分析结果的可信度。此外，现有带负荷试验报告的撰写多缺少六角图绘制，在不降低工作效率的前提下，引述一种Excel六角图绘制模板，以便工作报告更加直观。

本文介绍常见的一次设备功角特性，并用线路带负荷试验实例验证以上两种改进措施的可行性。

1 常见一次设备功角特性

根据被试验对象的不同，一次设备功角特征可分为电抗器、电容器等[3]，线路功角特性介于电抗器与电容器之间，见图1和图2。

1.1 电抗器

图1中，IU、IV、IW分别代表电抗器开关电流互感器(CT)测得的二次电流；UU、UV、UW分别代表母线电压互感器(PT)测得的二次电压。因电抗器是一种感性无功补偿装置，故正常情况下，相电压超前同相电流90°。一般以UU为角度基准，故UU在功角关系图中与有功轴即Y轴正方向重合。三相平衡状态下，UU、UV、UW幅值相等且按照顺时针分别差120°均匀分布。

图1 电抗器功角向量图

图2 电容器功角向量图

因相电压超前同相电流90°，故UU超前IU90°，换言之在功角向量图中UU顺时针旋转90°与IU重合，那么IU在功角向量图中与无功轴即X轴正方向重合，三相平衡状态下，IU、IV、IW幅值相等且按照顺时针分别差120°均匀分布。

1.2 电容器

图2中，IU、IV、IW分别代表电容器开关CT测得二次侧电流；UU、UV、UW分别代表母线PT测得的二次侧电压。因电容器是一种容性无功补偿装置，故正常情况下，相电压滞后同相电流90°。一般以UU为角度基准，故UU在功角向量图中与有功轴即Y轴正方向重合。三相平衡状态下，UU、UV、UW值相等并且按照顺时针分别相差120°均匀分布。因相电压滞后同向电流90°，故UU滞后IU90°，换言之在功角向量图中UU逆时针旋转90°后与IU重合，那么IU在功角向量图中X轴负方向重合。三相平衡状态下，IU、IV、IW幅值相等并且按照顺时针分别相差120°均匀分布。

2 带负荷试验案例

本案例为某220 kV变电站35 kV线路带负荷试验，试验数据如表1所示。

表1 某35 kV线路带负荷试验部分数据汇总表

利用表1数据，可以先计算CT各二次侧变比是否与铭牌上的相等。对于每个二次侧，取三相幅值平均值与一次电流幅值计算变比。由此可得，测量侧实际变比为617/1，与理论值600/1基本吻合；线路保护侧实际变比为1 205/1，与理论值1 200/1基本吻合；母差保护侧实际变比为2 567/1，与理论值2 500/1基本吻合。

(1)已知P、Q、U验证I

视在功率：

(1)

(2)

与实际值31.4 A吻合。

(2)已知U、I、φ验证P、Q

取三个次级Ua超前Ia角度均值为φ，则φ=331°；

(3)

与实际有功1.71 MW相吻合；

(4)

与实际无功-1 Mvar相吻合。

然而，手绘六角图不易转移至工作报告，实际工作中功角相量图其正确性与准确度又受人为因素影响较大。为提高相量图绘制的准确度，方便工作人员更好地撰写试验报告，文献[3]提出了一种使用Excel建立自动绘图模板的方法。该方法要求工作人员先输入测得的原始数据，通过多种公式与函数的计算，产生用于绘制相量图的计算数据，再选用XY散点图的平滑线方式输入计算数据建立的图表，经过优化处理得到功角相量图。辅助Excel版功角向量图如图4所示，为完整呈现所有数据，将三个次级数据整合至一张功角图上。

图3 测量次级负荷六角手绘图

图4 辅助功角相量示意图

3 结语

本文从带负荷试验实际工作需求出发，为提高功角分析原始数据的可靠度、数据分析结论的可信度与工作报告的可读性，提出了两种验证一次电网系统电量遥测值正确性的方法，并引入一种以Excel为工具的功角向量图绘制模板。本文将这两处改进措施应用于上海市某220 kV变电站35 kV线路带负荷试验实例，该实例证明了改进措施的有效性。

参考文献：

[1] 朱仲元.纵差动保护的带负荷试验[J]. 华东电力, 2005(7): 91-93.

ZHU Zhongyuan. On-load test of longitudinal differential protections[J]. East China Electric Power, 2005(7): 91-93.

[2]何丽平, 李春亮, 黄祖伟, 等. 常用电气设备带负荷测试[J]. 华电技术, 2016, 38(2): 55-58.

HE Lipin, LI Chunliang, HUANG Zuwei, et al. On-load test of common electrical equipment[J] Huadian Technology, 2016, 38(2): 55-58.

[3] 杨明泽, 何世恩.用 Excel 绘制带负荷试验相量图[J]. 电力系统保护与控制, 2009, 37(22): 178-180.

YANG Mingze, HE Shien. Drawing phasor diagram of on-load test with Excel[J]. Power System Protection and Control, 2009, 37(22): 178-180.