變電站帶負荷試驗是新設備投運前必須要進行的一項試驗，它能夠及時發現二次回路和待投運設備存在的問題，避免缺陷投運對電網安全穩定運行的影響。當前，帶負荷試驗通過對一次設備施加實際的負荷，然后測量相關電流和電壓，分析其功角關系，從而分析出設備和二次回路是否處于正常狀態。試驗前，往往需要通過倒閘操作將電網切換到相對薄弱的試驗運行方式，因此盡快完成帶負荷試驗對維持電網安全穩定運行十分重要。

然而，當前帶負荷試驗主要依靠現場人員手持相位儀對電壓、電流進行采樣，然后繪制相量圖判斷功角關系是否正確。由于涉及的位置比較多，且全過程依靠人工采樣記錄并分析，試驗效率低，對工作人員專業素質要求較高。

為此，有學者引入Excel表格進行數據計算，并自動繪制相量圖，減少了繪圖時間，為功角分析提供了直觀可讀的相量圖，但數據采集依舊依靠現場采樣，效率提升不明顯；有學者針對智能變電站帶負荷試驗尚無完善的方法和設備的問題，對比常規變電站，提出一種方法框架，以實現智能站帶負荷試驗采樣數據的同步，提高智能站帶負荷試驗的效率。

為了解決帶負荷試驗操作復雜、效率低，且智能站在試驗過程中存在困難等諸多問題，本文提出以站內保護、測控等裝置作為采樣終端，在智能電網調度控制系統（D5000系統）內關聯各個子系統，提取所需帶負荷試驗數據，利用冗余數據確保遙測基準值的正確性，在主站后臺開發應用平臺，對待投運間隔進行采樣數據自動分析，一鍵生成校核報告，并自動繪制相量圖。

基于D5000系統的帶負荷試驗自動校核平臺可解決現場采樣效率低、人員投入多的問題，對常規變電站和智能變電站具有普適性，為帶負荷試驗的高效進行提供了保障。

1 D5000系統介紹

智能電網調度控制系統即D5000系統，是新一代智能電網調度技術支持系統的基礎平臺，廣泛應用于各地電網公司的調度部門，被稱為智能電網的大腦。

D5000系統實現了對運行電網的實時監控、在線穩定性分析和調度業務管理，具有“遠程調閱、告警直傳、橫向貫通、縱向管理”的功能，其包含能量管理系統、廣域相量測量系統、繼電保護及故障信息管理系統、電能量采集系統、電力調度數據網絡系統和變電站自動化系統等子系統。

變電站內各間隔的電壓和電流量，通過保護、測控等裝置采樣后，經調度數據網上送至D5000系統，這為帶負荷試驗數據的自動采集奠定了基礎。

2 變電站帶負荷試驗

2.1 帶負荷試驗的重要性

繼電保護及自動裝置的檢驗規程中明確要求，對新安裝的或設備回路經過大變動的裝置，在投運以前，必須用一次電流和工作電壓加以檢驗，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。

帶負荷試驗主要通過施加一次電流和電壓檢驗裝置和回路是否正確，能夠在試驗狀態下及時發現問題，避免帶缺陷投運對整個電網的影響。因此，在當前基建和技改現場，有電流回路變動的停電間隔在投運前均需要進行帶負荷試驗。

2.2 帶負荷試驗存在的問題

帶負荷試驗前，需要調度下令將一次設備的運行狀態改為帶負荷運行方式，通常將所有運行間隔熱倒至一條母線上，再利用另一母線對待投運間隔充電，此時電網安全性大大降低，必須盡快完成帶負荷試驗。當前，帶負荷試驗仍然存在以下兩方面的問題亟需解決：

1）帶負荷試驗專業要求高、效率低。

帶負荷試驗需要采集待投運間隔電壓，以及保護、測量和計量繞組的電流，這一過程完全依靠現場工作人員手持鉗形相位表逐一對電流二次回路進行采樣，由于采樣涉及主控室內多個位置，采樣過程需要耗費大量時間。

另外，對數據的分析依靠手繪相量圖，不僅耗時費力，而且對分析人員的專業素質要求很高。這些因素都降低了帶負荷試驗的工作效率，延長了帶負荷運行狀態的時間，加大了電網風險。

2）智能變電站帶負荷試驗存在困難。

不同于常規變電站，智能變電站的二次電流回路由光纖替代，以采樣值（sampled value, SV）數字量的形式送入保護測控裝置，僅在電流互感器（CT）和合并單元間存在電纜。常規變電站和智能變電站電流回路結構如圖1所示。

圖1 常規站和智能站電流回路結構

對于站內有部分二次電流、電壓直接送入保護測控裝置的智能變電站，存在SV量和模擬量共存的情況，此時帶負荷試驗不能有效將SV量之間或SV量和模擬量之間的相位關系完整地呈現出來，這嚴重影響了帶負荷試驗的判斷結果。

3 自動校核平臺的設計與應用

3.1 數據提取

以往帶負荷試驗結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、測控裝置的采樣回路，從而導致試驗效率低、采樣過程繁瑣等問題。

然而，當前帶負荷試驗所需的模擬量在變電站內均有相應的采樣終端，采樣數據經電力調度數據網送入主站D5000系統的安全Ⅰ區和安全Ⅱ區，通信規約為IEC 104規約。保護電流和電壓經保護裝置采樣后不僅用于自身保護邏輯的判斷，還會被送入繼電保護及故障信息管理系統子站，再通過調度數據網送入D5000系統內安全Ⅰ區；測量電流和電壓經測控裝置采集后通過調度數據網送入D5000系統內安全Ⅰ區；計量電流和電壓由計量表計測量完成后被送入D5000系統的安全Ⅱ區。

本文提出以站內保護、測控等裝置為采樣終端，在D5000系統數據庫直接調取相關間隔電壓、電流量，同步完成所有數據的采集，主站內各服務器之間的傳輸采用TCP協議，D5000系統數據提取結構如圖2所示。

圖2 D5000系統數據提取結構

帶負荷試驗自動校核平臺部署在D5000系統的安全Ⅳ區，安全Ⅱ區的電能量采樣信息通過防火墻與安全Ⅰ區的保護采樣信息、遙測信息一起經正向隔離裝置到達安全Ⅲ區，再經防火墻到達安全Ⅳ區，數據傳輸層采用TCP協議，實現了安全可靠的信息提取。

在數據提取的過程中，需要做到以下三點：

1）數據時標盡可能一致。

在主站提取的電流、電壓量應盡可能具有同樣的時標，以保證采樣時刻一致，從而確保所繪相量圖的準確性，有利于帶負荷試驗結果的判斷。對于遙測數據和保信子站內的采樣信息，以保信子站采樣值的時標為基準，篩選滿足要求的遙測和計量采樣信息，從而做到時標一致。

但是，由于電能量信息通過非實時數據網上送主站，快速獲取實時采樣數據存在困難，需要后臺將存儲的各類采樣信息進行篩選對比，以盡可能達到時標一致。由于帶負荷試驗數據采用的是穩態相量，故目前時標不完全一致對分析結果的影響在可接受范圍內。

2）數據冗余提取。

由于帶負荷試驗是為了驗證電流、電壓回路的正確性，一旦回路或裝置出現問題，必然導致上送至D5000系統內的數據錯誤。此時，為了準確分析出錯誤數據，需要提取更多的數據進行冗余校驗，以確保基準數據準確無誤。

3）相位基準核驗。

對于提取的電壓、電流量，其基準相位應一致。一般而言，保護和測控裝置以A相電壓相位為零度作為基準，從而計算出其他電流量的相位。因此，在提取數據時應把各裝置基準電壓量的相位進行對比，如不在同一角度的應進行相應的換算。

3.2 數據分析

帶負荷試驗主要分析電流回路采樣、相位關系、電流比和極性是否正確，功角關系是否正確。數據分析的前提是基準數據準確無誤，為了確保遙測基準數據的可靠性，首先應進行冗余校驗，主要有以下兩種方法：

1）跨間隔分析。在獲取帶負荷試驗數據時，同時提取母線上其他相關間隔的一次電流，再依據基爾霍夫電流定律，計算出本間隔的一次電流，與采樣數據進行比對。

利用本間隔數據的物理關系，可以進行多次校驗，校驗時應采用不同電流繞組采樣數據進行對比分析，確保校驗結果的正確性。在確定一次遙測數據無誤后，再進行電流比的校驗，依據相位關系自動生成功角圖。

3.3 實施流程

在進行帶負荷試驗之前，需要根據試驗狀態下的電網運行方式，在D5000系統帶負荷試驗自動校驗平臺中進行信息錄入，以便試驗時提取數據。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。帶負荷試驗自動校核現場實施流程如圖3所示。

圖3 帶負荷試驗自動校核實施流程

4 現場校核應用分析

帶負荷試驗自動校核應用主要包含如圖4所示的三個功能模塊，即信息錄入模塊、數據獲取模塊和自動分析模塊。

在試驗開始前，完成試驗一次接線，送電間隔電流、電壓名稱和電流比，相關間隔的一次電流和功率信息的錄入；試驗開始后，完成數據點在線關聯，召喚并存儲采樣數據，通過時標比對，篩選出滿足要求的數據；最后，進行數據分析計算，并出具分析報告，繪制相量圖供人工復核。

圖4 帶負荷試驗自動校核應用功能模塊

220kV觀五變綜合自動化改造期間，在觀東830間隔完成所有驗收工作后，向調度報告竣工送電。此次送電過程中電網的運行方式確定為110kV正母線通過母聯開關給副母線充電，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，帶負荷試驗期間，從主站系統讀取的送電間隔遙測數據和送電間隔采樣數據分別見表1和表2。

表1 送電間隔遙測數據

表2 送電間隔電流采樣值

在完成數據提取之后，進行一鍵校核的模擬，校核過程中自動進行數據計算，幅值誤差在10%，角度誤差在10°以內，即認為數據無誤。自動校核結果見表3，系統繪制的相量圖如圖5所示。

表3 自動校核結果

模擬試驗表明，帶負荷試驗自動校核系統能夠在10min左右完成數據的提取和分析，并自動出具校核報告，繪制出的相量圖也能供后臺人員進行復核，極大地提高了帶負荷試驗的效率，減少了人員投入，降低了電網風險。但是，數據的采集依靠各類終端設備的支持，部分老舊廠站已投運設備存在不適配問題，自動校核平臺的應用對廠站設備有一定要求。

圖5 相量圖

5 結論

本文基于D5000系統研究開發帶負荷試驗自動校核平臺，開創性地關聯主站內各子系統，利用子系統內的電流、電壓數據，在數據冗余的基礎上，快速準確地完成帶負荷試驗，并自動出具帶負荷試驗報告和相量圖。對變電站原有保護、測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場采樣，提高試驗效率，而且對常規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荷試驗難題。

本文提出的帶負荷試驗方法，可實現數據的一鍵采集、自動分析，極大地提高了試驗效率，縮短了電網在帶負荷試驗狀態下的運行時間，從而有效降低電網風險。

本文編自2022年第4期《電氣技術》，論文標題為“基于D5000系統的帶負荷試驗自動校核方案研究”，作者為歐陽智斌、吳笑天 等。