基于D5000系统的带负荷试验自动校核方案研究

欧阳智斌 吴笑天 徐 新 陆 飞

基于D5000系统的带负荷试验自动校核方案研究

欧阳智斌 吴笑天 徐 新 陆 飞

（国网泰州供电公司，江苏 泰州 225300）

针对当前变电站带负荷试验依靠现场人员采样，操作繁琐、工作效率低的问题，本文设计开发基于D5000系统的带负荷试验自动校核平台。利用站内保护、测控等装置的采样信息，在主站各子系统内提取带负荷试验所需的电流和电压量，通过数据冗余提取保证用于校验的基准数据准确无误。自动校核平台能够实现电流相位、电流互感器（CT）电流比、极性和功角关系等内容的一键校核，并生成相量图。现场应用表明，基于D5000系统的带负荷试验自动校核平台能够快速准确地完成带负荷试验的所有内容，可减少带负荷试验的时间、提高带负荷试验的工作效率，对保障电网的安全稳定运行具有重要意义。

D5000系统；带负荷试验；冗余校验；自动校核

0 引言

变电站带负荷试验是新设备投运前必须要进行的一项试验，它能够及时发现二次回路和待投运设备存在的问题，避免缺陷投运对电网安全稳定运行的影响[1]。当前，带负荷试验通过对一次设备施加实际的负荷，然后测量相关电流和电压，分析其功角关系，从而分析出设备和二次回路是否处于正常状态。试验前，往往需要通过倒闸操作将电网切换到相对薄弱的试验运行方式，因此尽快完成带负荷试验对维持电网安全稳定运行十分重要[2]。然而，当前带负荷试验主要依靠现场人员手持相位仪对电压、电流进行采样，然后绘制相量图判断功角关系是否正确。由于涉及的位置比较多，且全过程依靠人工采样记录并分析，试验效率低，对工作人员专业素质要求较高。为此，文献[3]引入Excel表格进行数据计算，并自动绘制相量图，减少了绘图时间，为功角分析提供了直观可读的相量图，但数据采集依旧依靠现场采样，效率提升不明显；文献[4]针对智能变电站带负荷试验尚无完善的方法和设备的问题，对比常规变电站，提出一种方法框架，以实现智能站带负荷试验采样数据的同步，提高智能站带负荷试验的效率。

为了解决带负荷试验操作复杂、效率低，且智能站在试验过程中存在困难等诸多问题，本文提出以站内保护、测控等装置作为采样终端，在智能电网调度控制系统（D5000系统）内关联各个子系统，提取所需带负荷试验数据，利用冗余数据确保遥测基准值的正确性，在主站后台开发应用平台，对待投运间隔进行采样数据自动分析，一键生成校核报告，并自动绘制相量图。基于D5000系统的带负荷试验自动校核平台可解决现场采样效率低、人员投入多的问题，对常规变电站和智能变电站具有普适性，为带负荷试验的高效进行提供了保障。

1 D5000系统介绍

智能电网调度控制系统即D5000系统，是新一代智能电网调度技术支持系统的基础平台[5-7]，广泛应用于各地电网公司的调度部门，被称为智能电网的大脑。D5000系统实现了对运行电网的实时监控、在线稳定性分析和调度业务管理，具有“远程调阅、告警直传、横向贯通、纵向管理”的功能，其包含能量管理系统、广域相量测量系统、继电保护及故障信息管理系统、电能量采集系统、电力调度数据网络系统和变电站自动化系统等子系统。变电站内各间隔的电压和电流量，通过保护、测控等装置采样后，经调度数据网上送至D5000系统，这为带负荷试验数据的自动采集奠定了基础。

2 变电站带负荷试验

2.1 带负荷试验的重要性

继电保护及自动装置的检验规程中明确要求，对新安装的或设备回路经过大变动的装置，在投运以前，必须用一次电流和工作电压加以检验，以判定接入电流、电压的相位和极性是否正确，每组电流互感器的接线是否正确，回路接线是否牢固。

带负荷试验主要通过施加一次电流和电压检验装置和回路是否正确，能够在试验状态下及时发现问题，避免带缺陷投运对整个电网的影响。因此，在当前基建和技改现场，有电流回路变动的停电间隔在投运前均需要进行带负荷试验。

2.2 带负荷试验存在的问题

带负荷试验前，需要调度下令将一次设备的运行状态改为带负荷运行方式，通常将所有运行间隔热倒至一条母线上，再利用另一母线对待投运间隔充电，此时电网安全性大大降低，必须尽快完成带负荷试验。当前，带负荷试验仍然存在以下两方面的问题亟需解决：

1）带负荷试验专业要求高、效率低。

带负荷试验需要采集待投运间隔电压，以及保护、测量和计量绕组的电流，这一过程完全依靠现场工作人员手持钳形相位表逐一对电流二次回路进行采样，由于采样涉及主控室内多个位置，采样过程需要耗费大量时间。另外，对数据的分析依靠手绘相量图，不仅耗时费力，而且对分析人员的专业素质要求很高。这些因素都降低了带负荷试验的工作效率，延长了带负荷运行状态的时间，加大了电网风险。

2）智能变电站带负荷试验存在困难[8]。

不同于常规变电站，智能变电站的二次电流回路由光纤替代，以采样值（sampled value, SV）数字量的形式送入保护测控装置，仅在电流互感器（CT）和合并单元间存在电缆。常规变电站和智能变电站电流回路结构如图1所示。

图1 常规站和智能站电流回路结构

对于站内有部分二次电流、电压直接送入保护测控装置的智能变电站，存在SV量和模拟量共存的情况，此时带负荷试验不能有效将SV量之间或SV量和模拟量之间的相位关系完整地呈现出来，这严重影响了带负荷试验的判断结果。

3 自动校核平台的设计与应用

3.1 数据提取

以往带负荷试验结果分析依靠人工采集的二次电压、电流量，没有充分利用既有保护、测控装置的采样回路，从而导致试验效率低、采样过程繁琐等问题。然而，当前带负荷试验所需的模拟量在变电站内均有相应的采样终端，采样数据经电力调度数据网送入主站D5000系统的安全Ⅰ区和安全Ⅱ区，通信规约为IEC 104规约。保护电流和电压经保护装置采样后不仅用于自身保护逻辑的判断，还会被送入继电保护及故障信息管理系统子站，再通过调度数据网送入D5000系统内安全Ⅰ区；测量电流和电压经测控装置采集后通过调度数据网送入D5000系统内安全Ⅰ区；计量电流和电压由计量表计测量完成后被送入D5000系统的安全Ⅱ区[9]。本文提出以站内保护、测控等装置为采样终端，在D5000系统数据库直接调取相关间隔电压、电流量，同步完成所有数据的采集，主站内各服务器之间的传输采用TCP协议，D5000系统数据提取结构如图2所示。

图2 D5000系统数据提取结构

带负荷试验自动校核平台部署在D5000系统的安全Ⅳ区，安全Ⅱ区的电能量采样信息通过防火墙与安全Ⅰ区的保护采样信息、遥测信息一起经正向隔离装置到达安全Ⅲ区，再经防火墙到达安全Ⅳ区，数据传输层采用TCP协议，实现了安全可靠的信息提取。在数据提取的过程中，需要做到以下三点：

1）数据时标尽可能一致。在主站提取的电流、电压量应尽可能具有同样的时标，以保证采样时刻一致，从而确保所绘相量图的准确性，有利于带负荷试验结果的判断。对于遥测数据和保信子站内的采样信息，以保信子站采样值的时标为基准，筛选满足要求的遥测和计量采样信息，从而做到时标一致。但是，由于电能量信息通过非实时数据网上送主站，快速获取实时采样数据存在困难，需要后台将存储的各类采样信息进行筛选对比，以尽可能达到时标一致。由于带负荷试验数据采用的是稳态相量，故目前时标不完全一致对分析结果的影响在可接受范围内。

2）数据冗余提取。由于带负荷试验是为了验证电流、电压回路的正确性，一旦回路或装置出现问题，必然导致上送至D5000系统内的数据错误。此时，为了准确分析出错误数据，需要提取更多的数据进行冗余校验，以确保基准数据准确无误。

3）相位基准核验。对于提取的电压、电流量，其基准相位应一致。一般而言，保护和测控装置以A相电压相位为零度作为基准，从而计算出其他电流量的相位。因此，在提取数据时应把各装置基准电压量的相位进行对比，如不在同一角度的应进行相应的换算。

3.2 数据分析

带负荷试验主要分析电流回路采样、相位关系、电流比和极性是否正确，功角关系是否正确。数据分析的前提是基准数据准确无误，为了确保遥测基准数据的可靠性，首先应进行冗余校验[10-12]，主要有以下两种方法：

1）跨间隔分析。在获取带负荷试验数据时，同时提取母线上其他相关间隔的一次电流，再依据基尔霍夫电流定律，计算出本间隔的一次电流，与采样数据进行比对。

可知

利用本间隔数据的物理关系，可以进行多次校验，校验时应采用不同电流绕组采样数据进行对比分析，确保校验结果的正确性。在确定一次遥测数据无误后，再进行电流比的校验，依据相位关系自动生成功角图。

3.3 实施流程

在进行带负荷试验之前，需要根据试验状态下的电网运行方式，在D5000系统带负荷试验自动校验平台中进行信息录入，以便试验时提取数据。录入的信息主要包含送电间隔的名称、电流互感器各绕组的电流比、送电间隔所在母线上其他间隔的名称等。带负荷试验自动校核现场实施流程如图3所示。

图3 带负荷试验自动校核实施流程

4 现场校核应用分析

带负荷试验自动校核应用主要包含如图4所示的三个功能模块，即信息录入模块、数据获取模块和自动分析模块。在试验开始前，完成试验一次接线，送电间隔电流、电压名称和电流比，相关间隔的一次电流和功率信息的录入；试验开始后，完成数据点在线关联，召唤并存储采样数据，通过时标比对，筛选出满足要求的数据；最后，进行数据分析计算，并出具分析报告，绘制相量图供人工复核。

图4 带负荷试验自动校核应用功能模块

220kV观五变综合自动化改造期间，在观东830间隔完成所有验收工作后，向调度报告竣工送电。此次送电过程中电网的运行方式确定为110kV正母线通过母联开关给副母线充电，送电间隔在副母线上，其他间隔均在正母线上。

在完成前期信息录入后，带负荷试验期间，从主站系统读取的送电间隔遥测数据和送电间隔采样数据分别见表1和表2。

表1 送电间隔遥测数据

表2 送电间隔电流采样值

在完成数据提取之后，进行一键校核的模拟，校核过程中自动进行数据计算，幅值误差在10%，角度误差在10°以内，即认为数据无误。自动校核结果见表3，系统绘制的相量图如图5所示。

表3 自动校核结果

模拟试验表明，带负荷试验自动校核系统能够在10min左右完成数据的提取和分析，并自动出具校核报告，绘制出的相量图也能供后台人员进行复核，极大地提高了带负荷试验的效率，减少了人员投入，降低了电网风险。但是，数据的采集依靠各类终端设备的支持，部分老旧厂站已投运设备存在不适配问题，自动校核平台的应用对厂站设备有一定要求。

图5 相量图

5 结论

本文基于D5000系统研究开发带负荷试验自动校核平台，开创性地关联主站内各子系统，利用子系统内的电流、电压数据，在数据冗余的基础上，快速准确地完成带负荷试验，并自动出具带负荷试验报告和相量图。对变电站原有保护、测控装置采样信息的充分利用，不仅可取代厂站工作人员的现场采样，提高试验效率，而且对常规变电站和智能变电站具有普遍适用性，解决了智能变电站存在的带负荷试验难题。本文提出的带负荷试验方法，可实现数据的一键采集、自动分析，极大地提高了试验效率，缩短了电网在带负荷试验状态下的运行时间，从而有效降低电网风险。

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Research on automatic checking scheme for on-load test based on D5000 system

OUYANG Zhibin WU Xiaotian XU Xin LU Fei

(State Grid Taizhou Power Supply Company, Taizhou, Jiangsu 225300)

Aiming at the problems of cumbersome operation and low efficiency of on-load test in substation, an automatic verification platform of on-load test based on D5000 system is designed and developed. Using the sampling information of protection, measurement and control devices in the station, the current and voltage in each subsystem of the main station required for on-load test are extracted. The redundancy extraction of data ensures the accuracy of the benchmark data used for verification. The field application shows that the automatic verification platform for on-load test based on D5000 system can quickly and accurately complete all the contents of on-load test, reduce the test time and improve the work efficiency of on-load test, which is of great significance to ensure the safe and stable operation of power grid.

D5000 system; on-load test; redundancy check; automatic check

2021-11-04

2021-12-19

欧阳智斌（1993—），男，江西九江人，硕士，助理工程师，主要研究方向为电力系统继电保护和自动化。