帶負荷試驗功角分析及其改進措施

雷正新，徐念云，張 綺，王 勇，馬兆春，朱明琳

(1. 國網(wǎng)上海市電力公司檢修公司, 上海 201204；2. 國網(wǎng)上海市電力公司松江供電公司, 上海 201600)

當工作涉及電流二次回路變動，如新裝設備或更換保護裝置時，需要在新設備正式投運前進行帶負荷試驗，其目的是保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定和安全運行，防止電流互感器因相別、變比、極性等錯誤，造成電氣設備的不正常工作甚至損壞。由于現(xiàn)有帶負荷試驗[1-2]實質(zhì)過程側(cè)重電流、電壓相角差的分析，跳過了功角圖對潮流中各電量數(shù)據(jù)可靠性判斷的前提，本文提出兩種遙測值可靠性判斷方法，提高帶負荷試驗數(shù)據(jù)分析結(jié)果的可信度。此外，現(xiàn)有帶負荷試驗報告的撰寫多缺少六角圖繪制，在不降低工作效率的前提下，引述一種Excel六角圖繪制模板，以便工作報告更加直觀。

本文介紹常見的一次設備功角特性，并用線路帶負荷試驗實例驗證以上兩種改進措施的可行性。

1 常見一次設備功角特性

根據(jù)被試驗對象的不同，一次設備功角特征可分為電抗器、電容器等[3]，線路功角特性介于電抗器與電容器之間，見圖1和圖2。

1.1 電抗器

圖1中，IU、IV、IW分別代表電抗器開關電流互感器(CT)測得的二次電流；UU、UV、UW分別代表母線電壓互感器(PT)測得的二次電壓。因電抗器是一種感性無功補償裝置，故正常情況下，相電壓超前同相電流90°。一般以UU為角度基準，故UU在功角關系圖中與有功軸即Y軸正方向重合。三相平衡狀態(tài)下，UU、UV、UW幅值相等且按照順時針分別差120°均勻分布。

圖1 電抗器功角向量圖

圖2 電容器功角向量圖

因相電壓超前同相電流90°，故UU超前IU90°，換言之在功角向量圖中UU順時針旋轉(zhuǎn)90°與IU重合，那么IU在功角向量圖中與無功軸即X軸正方向重合，三相平衡狀態(tài)下，IU、IV、IW幅值相等且按照順時針分別差120°均勻分布。

1.2 電容器

圖2中，IU、IV、IW分別代表電容器開關CT測得二次側(cè)電流；UU、UV、UW分別代表母線PT測得的二次側(cè)電壓。因電容器是一種容性無功補償裝置，故正常情況下，相電壓滯后同相電流90°。一般以UU為角度基準，故UU在功角向量圖中與有功軸即Y軸正方向重合。三相平衡狀態(tài)下，UU、UV、UW值相等并且按照順時針分別相差120°均勻分布。因相電壓滯后同向電流90°，故UU滯后IU90°，換言之在功角向量圖中UU逆時針旋轉(zhuǎn)90°后與IU重合，那么IU在功角向量圖中X軸負方向重合。三相平衡狀態(tài)下，IU、IV、IW幅值相等并且按照順時針分別相差120°均勻分布。

2 帶負荷試驗案例

本案例為某220 kV變電站35 kV線路帶負荷試驗，試驗數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 某35 kV線路帶負荷試驗部分數(shù)據(jù)匯總表

利用表1數(shù)據(jù)，可以先計算CT各二次側(cè)變比是否與銘牌上的相等。對于每個二次側(cè)，取三相幅值平均值與一次電流幅值計算變比。由此可得，測量側(cè)實際變比為617/1，與理論值600/1基本吻合；線路保護側(cè)實際變比為1 205/1，與理論值1 200/1基本吻合；母差保護側(cè)實際變比為2 567/1，與理論值2 500/1基本吻合。

(1)已知P、Q、U驗證I

視在功率：

(1)

(2)

與實際值31.4 A吻合。

(2)已知U、I、φ驗證P、Q

取三個次級Ua超前Ia角度均值為φ，則φ=331°；

(3)

與實際有功1.71 MW相吻合；

(4)

與實際無功-1 Mvar相吻合。

然而，手繪六角圖不易轉(zhuǎn)移至工作報告，實際工作中功角相量圖其正確性與準確度又受人為因素影響較大。為提高相量圖繪制的準確度，方便工作人員更好地撰寫試驗報告，文獻[3]提出了一種使用Excel建立自動繪圖模板的方法。該方法要求工作人員先輸入測得的原始數(shù)據(jù)，通過多種公式與函數(shù)的計算，產(chǎn)生用于繪制相量圖的計算數(shù)據(jù)，再選用XY散點圖的平滑線方式輸入計算數(shù)據(jù)建立的圖表，經(jīng)過優(yōu)化處理得到功角相量圖。輔助Excel版功角向量圖如圖4所示，為完整呈現(xiàn)所有數(shù)據(jù)，將三個次級數(shù)據(jù)整合至一張功角圖上。

圖3 測量次級負荷六角手繪圖

圖4 輔助功角相量示意圖

3 結(jié)語

本文從帶負荷試驗實際工作需求出發(fā)，為提高功角分析原始數(shù)據(jù)的可靠度、數(shù)據(jù)分析結(jié)論的可信度與工作報告的可讀性，提出了兩種驗證一次電網(wǎng)系統(tǒng)電量遙測值正確性的方法，并引入一種以Excel為工具的功角向量圖繪制模板。本文將這兩處改進措施應用于上海市某220 kV變電站35 kV線路帶負荷試驗實例，該實例證明了改進措施的有效性。

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