一種基于MATLAB的六角圖輔助分析工具

宋金來

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門供電局，廣東 江門 529000）

“六角圖試驗”是指將被檢測的電流IA按照所規(guī)定極性載入功率表端的電流端子，并且將隸屬于同一個系統(tǒng)的電壓UAB、UBC、UCA按照同樣的規(guī)定極性有序載入相同的功率表的電壓端子中，然后對這些電壓下的功率表進(jìn)行讀數(shù)；再對電流 IB、IC的接入功率重復(fù)上述操作的實驗過程。

1 背景技術(shù)

電力系統(tǒng)變電站繼電保護(hù)工作中，110kV及以上新投產(chǎn)主變壓器帶負(fù)荷試驗（俗稱六角圖試驗）成為驗證其保護(hù)測控二次接線、CT繞組極性、變比等參數(shù)是否正確的重要一環(huán)。

主變帶負(fù)荷試驗工作中，對于六角圖分析判斷，常常取決于工作人員個人經(jīng)驗和技能熟悉程度，增加了隨意性，提高了結(jié)論出錯的風(fēng)險。所以此環(huán)節(jié)缺乏相關(guān)規(guī)范化、程序化的措施或工具。同時，在繪制六角圖編撰試驗報告環(huán)節(jié)，由于常用的Word等軟件缺乏專門處理向量矩陣的功能，導(dǎo)致繪圖效率極其低下，制表時間花費較長，而且容易產(chǎn)生格式錯誤導(dǎo)致圖形畸變的情況。

盡管許多人已經(jīng)意識到這個問題，并陸陸續(xù)續(xù)推出了一些六角圖測試產(chǎn)品，但是在智能判斷、自動生成試驗報告、切合電力系統(tǒng)主變運行實際等方面一直沒有較大進(jìn)步，具體存在的問題如下：

（1）六角圖繪制多由人工完成，缺乏必要的準(zhǔn)確保證，且耗費時間；

（2）由六角圖推斷CT繞組極性、變比等回路接線的正確性多由工作人員憑經(jīng)驗判別，缺乏相應(yīng)規(guī)范；

（3）現(xiàn)有的一些矢量相位儀只生成矢量圖，不能智能提供結(jié)論，或者所給判據(jù)與電力系統(tǒng)主變二次回路相關(guān)要求相差甚遠(yuǎn)；

（4）現(xiàn)有的一些相位儀表生成的矢量圖難以轉(zhuǎn)移到電腦環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和打印試驗報告；

（5）目前為止，市場上沒有專門針對電網(wǎng)生產(chǎn)班組設(shè)計出符合電力生產(chǎn)實際的主變六角圖輔助分析工具。

2 改進(jìn)方案

2.1 總體性能

本文針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，研究了一種使用方便、精確智能的六角圖輔助分析工具。其技術(shù)解決方案如下：

一種智能快捷的六角圖繪制及分析工具，包括計算機(jī)、六角圖輔助分析軟件、打印機(jī)。六角圖輔助分析軟件采用MATLAB語言編寫，最后編譯成為可獨立運行的可執(zhí)行文件（.exe）。該軟件通過測試數(shù)據(jù)的矢量化處理，能自動繪制清晰精確的六角圖。

該工具將符合主變帶負(fù)荷試驗的各項參數(shù)及判據(jù)整合到軟件程序中，能對各項技術(shù)指標(biāo)（如CT繞組極性、CT變比、功率因素角等）進(jìn)行智能檢測，告警標(biāo)示出異常情況，給出判斷結(jié)論和核查建議，并輸出試驗報告式的數(shù)據(jù)界面，可直接打印得到試驗報告。

2.2 技術(shù)要求

所述的軟件核心算法涵蓋電流相序校驗、高-低壓側(cè)同相電流相位差校驗、電流互感器（簡稱CT）變比校驗、CT繞組極性校驗、功率因素角校驗、差電流檢測；

所述的軟件生成的試驗報告由數(shù)據(jù)表格、電流電壓六角圖、功率圖、檢測結(jié)果構(gòu)成。通過數(shù)據(jù)矩陣化處理，其格式及內(nèi)容規(guī)范與電力試驗班組通用的試驗報告一致；

所述的試驗報告可編輯性在于用戶可在自動生成的電子界面對相關(guān)數(shù)據(jù)、項目進(jìn)行修改及增補(bǔ)。

2.3 實用效果

由于采用了上述技術(shù)方案，本文提出的六角圖輔助分析工具，運用軟件控制和自動判斷的思想設(shè)計出了智能處理軟件，大大減輕了繼電保護(hù)生產(chǎn)班組繪制六角圖、編撰試驗報告的工作量。同時將各項判斷規(guī)范整合到軟件程序中，杜絕了因人工判斷而出錯的情況，保證了主變CT繞組接線、CT變比、差電流計算等二次回路的正確性，降低了差動保護(hù)誤動的風(fēng)險，保障了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。針對電網(wǎng)生產(chǎn)班組設(shè)計出符合生產(chǎn)實際的六角圖輔助分析工具，可在電網(wǎng)生產(chǎn)班組推廣使用。

3 具體實施方式

本實用新型提供的六角圖輔助分析工具，主體為一個編譯成可執(zhí)行文件（.exe）的軟件，其搭載在計算機(jī)中，配合打印機(jī)運行。其開發(fā)過程采用MATLAB語言，主要流程為：數(shù)據(jù)輸入→數(shù)據(jù)矢量化→六角圖繪制→異常點檢測→試驗報告界面預(yù)設(shè)→程序編譯。

3.1 數(shù)據(jù)輸入及矢量化

程序通過inputdlg與str2double函數(shù)的嵌套，實現(xiàn)了用戶交互式的數(shù)據(jù)輸入和文本→數(shù)字的轉(zhuǎn)換。同時六角圖坐標(biāo)是以90°為基準(zhǔn)、以順時針為正方向的非標(biāo)準(zhǔn)極坐標(biāo)，故通過新定義矩陣I2，采用語句90.-I（1：3，2）.*pi./180恰好能將實測值轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)，從而可得矢量化的X，Y，x，y。則根據(jù)橫縱坐標(biāo)矩陣可定位各電流位置向量。

圖1 六角圖試驗報告示例

3.2 六角圖繪制及異常點檢測

程序通過subplot函數(shù)定義圖形區(qū)域，通過compass、text、title、set等函數(shù)繪制出坐標(biāo)軸、向量箭頭、文字標(biāo)注等；

在數(shù)據(jù)分析階段，本工具聯(lián)系主變帶負(fù)荷測試現(xiàn)場實際，整合了六角圖各要素判據(jù)：

（1）同一組CT的三相電流之間的相位需準(zhǔn)確（正序）；

（2）高低壓側(cè)的CT電流相位差需符合主變接線方式要求（如Y/△-11型變壓器兩側(cè)同相電流相差30°）；

（3）電流互感器的變比需合規(guī)；

（4）保護(hù)、測控、計量、錄波各繞組的CT極性需合規(guī)；

（5）二次電氣量計算的P、Q數(shù)值需與監(jiān)控后臺顯示值一致；

（6）P、Q在復(fù)平面方向與潮流方向需合規(guī)；

（7）變壓器差電流需低于合理值。

在編程實現(xiàn)過程中，通過循環(huán)判斷嵌套，對各項目逐一檢測。比如正序判據(jù)采用夾角120°+順時針方向算法。首先利用點乘矢量求反三角可得夾角，即向量a·b=|a|*|b|*cos可解決夾角數(shù)值統(tǒng)一性問題。然后利用a、b、c順勢相減比差（需考慮負(fù)值轉(zhuǎn)正）可得相序。最后結(jié)合if語句解決實際測量儀器的角度數(shù)值非最簡周期值的問題。

通過全局變量r的記錄異常狀態(tài)的數(shù)量，最后通過條件語句有選擇地輸出結(jié)論。

3.3 試驗報告預(yù)設(shè)及程序編譯

如圖1所示，在figure定位窗體后，定義position屬性確定版面布局。定義細(xì)胞矩陣dat1～5儲存制表元素，num2str函數(shù)導(dǎo)入相應(yīng)數(shù)據(jù)，strcat函數(shù)合并字符。通過設(shè)置和調(diào)整表格行列距、名稱、顏色、可編輯性等屬性，得到與目前電網(wǎng)繼電保護(hù)班組使用相一致的電子版試驗報告，最后通過打印機(jī)得到紙質(zhì)版。

最后，通過調(diào)用mcc編譯器，將寫好的M文件向C語言編譯，最后形成.exe可執(zhí)行文件，配合MCR即可脫離MATLAB環(huán)境在任意電腦上順利運行。

結(jié)語

綜上所述，本文將程序輔助分析與傳統(tǒng)六角圖試驗相結(jié)合，利用MATLAB編程環(huán)境矢量處理能力的優(yōu)勢和GUI交互式界面功能的便捷，結(jié)合電力生產(chǎn)工作實際，整合主變帶負(fù)荷試驗六角圖的相關(guān)判據(jù)編寫入程序，達(dá)到以程序運算代替手動畫圖，以固化判據(jù)代替人為經(jīng)驗的目的。此工具的后續(xù)推廣使用，將有效減少繼保人員的工作量，降低人為原因?qū)Χ位芈返腻e誤判斷，從而避免了主變保護(hù)的誤動作，為整個電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行奠定了堅實的基礎(chǔ)。

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